Biyolojik aminlerin tek karbon metabolizması ve amino asitler ile ilişkilerinin ilk atak psikoz hastalarında incelenmesi
Evaluation of the relationships between biologic amines, one carbon metabolism and amino acids in first episode psychosis patients
Yazar: BARIŞ BAHAR
Danışman: PROF. MUSTAFA GÜLTEPE
GATA / Haydarpaşa Eğitim Hastanesi  / Tıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2014
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Psikiyatri = Psychiatry
Dizin: Aminler = Amines ; Amino asitler = Amino acids ; Karbon = Carbon ; Kromatografi-yüksek basınçlı-sıvı = Chromatography-high pressure-liquid ; Metabolizma = Metabolism ; Psikotik bozukluklar = Psychotic disorders ; Serebrospinal sıvı = Cerebrospinal fluid ; Şizofreni = Schizophrenia

Özet:
Çalışmamızda ilk atak psikoz hastalarında, nörotransmitterlerden dopamin ve serotoninin metabolitleri olan homovanilikasit (HVA) ve 5-hidroksiindolasetik asit (5-HİAA) ile sentezlerdeki ara ürünler olan 3-O-metildopa (3-OMD) ve 5-hidroksitriptofan'ın (5-HTP) ve bu nörotransmitter metabolizması ile tetrahidrobiopterin (BH4)  kofaktörünün metabolizmasını yansıtan neopterin (NP) ve biopterinin (BP) beyin omirilik sıvısı (BOS) örneklerinde ölçümlerini ve ayrıca tek karbon metabolizmasını yansıtan aktif folat belirteçleri ile tek karbon kaynağı olan aminoasitlerin ölçümlerini kan ve idrar örneklerinde yaparak, ilk atak psikoz  hastalığının oluşumundaki kompleks ilişkileri araştırmayı amaçladık. Literatürde nörotransmitter metabolitleri, BH4 metabolizması ve tek karbon metabolizması arasındaki karmaşık ilişkiyi inceleyerek bu hastalığın mekanizmasına yönelik bulgulara ulaşan bir çalışmaya rastlamadık. 
Çalışmamız sonucunda ilk atak psikoz hastalarının BOS örneklerinde dopamin ve serotonin metabolitleri olan HVA ve 5-HİAA arasında anlamlı fark bulamadık ancak dopamin sentezinden bir önceki basamak olan dihidroksifenilalaninin (dopa) atılım ürünü olan 3-OMD düzeylerinin hasta grubunda önemli ölçüde düşük olduğunu saptadık (p=0,048; 11,8nmol/L ve 25,9nmol/L). Ayrıca NP düzeyleri de hasta grubunda kontrol grubuna göre çok önemli derecede düşük bulundu (p=0,000; 8,73nmol/L ve 16,75nmol/L). Buradan anlaşılmaktadır ki; dopa'nın 3-OMD şeklinde etkisiz hale getirilmesi veya uzaklaştırılmasında veya dopa sentezinde merkezi sinir sisteminde bir defekt bulunmaktadır. Bu sonuç dopamin sentez yolunda elde edilen çok önemli bir bulgu olarak literatürde ilk defa tespit edilmiştir.  3-OMD'nin dopa'dan  sentez edilebilmesi için gerekli olan S-adenozilmetiyonin (SAM)'in yeterli sentez edilememesi de bu sonucu doğurabilecektir. SAM ise aktif redükte folatlarla tek karbon grubu olan metil gruplarının bir araya gelmesiyle oluşan, metil transferini kolaylaştıran moleküldür. 
Nörotransmitter sentezinin ilk basamağı olan hidroksilasyon basamağında BH4 kofaktörü kullanılmaktadır. BH4 metabolizmasında sentezin ilk basamağı olan NP üretiminin yetersiz olduğuna dair bulgumuz hasta grubunda NP düzeylerinin çok düşük olması ile gösterildi. Böylece dopamin sentezindeki daha önce bahsettiğimiz bozukluk ve karmaşık ilişki BH4'in de eksikliğinin devreye girmesiyle daha da dikkat çekici hale gelmiştir. Bu bulgularımız literatürde ilk defa tarafımızca saptanmıştır. 
Tek karbon metabolizmasının belirteçleri içerisinde bulunan serum folat, hücre içi folat (RBC folat) ve B12 vitamini ilk atak psikoz hastalarında önemli oranda düşük bulunmuştur. Aktif folatın yetersiz oluşu ve metil gruplarını taşıyamaması yetersiz SAM sentezinin en önemli nedenidir. Çalışmamızda 3-OMD düzeylerinin BOS örneklerinde düşük olmasını açıklayabilecek önemli bulgu folat, RBC folat ve diğer belirteçlerle de gösterilmiş oldu. Ayrıca ilk atak psikoz hastalarında total homosistein (tHcy) düzeyleri çok önemli ölçüde kontrol grubuna göre yüksek bulundu (p=0,001; 11,44μmol/L ve 8,32μmol/L). 
Serum ve idrar amino asitleri ölçümlerinde en önemli bulgumuz serum metiyonin düzeylerinin ilk atak psikoz hastalarında kontrol grubuna göre çok önemli ölçüde yüksek bulunmasıdır (p=0,000; 35μmol/L ve 25μmol/L). Metiyonin SAM sentezinden önceki metil grubunu taşıyan amino asittir. Serum metiyoninin yüksek bulunması düşük RBC folat ile değerlendirildiğinde aktif tek karbon taşıyıcısı SAM'ın yetersiz kaldığına dair ve sentezinin azaldığına dair önemli bir kanıt olarak kabul edilmiştir. 
Sonuç olarak ilk atak psikoz hastalarında özellikle dopamin sentezinin önemli oranda bozulduğu, bunun hasta grubu BOS örneklerinde 3-OMD düşüklüğü ile kendini gösterdiği ancak dopaminin atılım ürünü olan HVA'nın düzeyinin değişmediği, dopamin sentezindeki bozukluğun NP basamağındaki bozuklukla BH4 sentezinin de bozulmasıyla birlikte olduğu çalışmamızda tespit edildi. Bu bulgulara tek karbon metabolizmasının folat,  RBC folat, tHcy ve B12 vitamini parametreleri de eşlik etti. Serum metiyonin düzeylerinin yüksek oluşu da tek karbon metabolizmasında aktif metil taşıyıcısı sentezinde aksama olduğunun en önemli göstergesi olarak ortaya çıktı. İlk atak psikozun nörotransmitterlerin metabolizmasındaki basit bir bozukluk ile açıklanamayacağı, çalıştığımız metabolizmaların kompleks ilişkileri içerisinde çözümlenebileceği sonucuna vardık. Çalışmamızın bundan sonraki basamağında belirlediğimiz bozuklukların daha detaylı incelemesini planlamaktayız.

Abstract:
In our study, in the first episode psychosis patients, in cerebrospinal fluid (CSF) samples by measuring metabolites of dopamine and serotonin neurotransmitters, homovanilic acid (HVA) and 5-hydroxyindolacetic acid (5-HIAA) and the intermediate products of their synthesis; 3-O-methyldopa (3-OMD) and 5-hydroxytryptophan (5-HT) and  also neopterin (NP) and biopterin (BP) reflecting both the neurotransmitter metabolism and tetrahydrobiopterin (BH4) cofactor metabolism together with in the blood measuring active folate markers reflecting one-carbon metabolism and amino acids measurements as one carbon source  in the blood and urine samples, we aimed to investigate the complex relationships in the formation of first-episode psychotic disorder. In the literature, we did not find any study reaching evidences about the mechanism of this disease by investigating the complex relationships between one-carbon metabolism, neurotransmitter metabolites and BH4 metabolism.  
In our study although we could not find significant difference between CSF dopamine and serotonin metabolites, HVA and 5-HIAA in first episode psychosis patients compared with controls, but in patients group we have observed significantly lower 3-OMD levels (p = 0.048, 11.8 nmol/L and 25.9 nmol/L) which is the breakthrough product of dihydroxyphenylalanine (dopa) that is just before the dopamine synthesis. In addition, NP levels in patient groups were significantly lower than in the control group (p = 0.000, 8.73 nmol/L and 16.75 nmol/L). Here it is understood that; there is a defect in the synthesis of dopa and inactivation or removal of the form of 3-OMD in the central nervous system. These results are found for the first time in the literature as indicating defective dopamine synthesis pathway. The insufficient synthesis of S-adenosylmethionine (SAM) could also cause this state because of the SAM requirement of dopamine synthesis from 3-OMD. SAM is a molecule consisting of a combination of methyl groups with the active reduced folate and it facilitates the transfer of methyl molecule. 
BH4 is used as a cofactor in hydroxylation at the first step of the synthesis of the neurotransmitter. In the patient group, NP levels were shown to be very low which means  insufficient NP production that is the first step in the metabolism of BH4 synthesis. Thus, the previously mentioned disordered dopamine synthesis and complex relationship has become more remarkable with the introduction of BH4 deficiency. These findings have detected for the first time in the literature.
Among one-carbon metabolism markers, serum folate, intracellular folate (RBC folate) and vitamin B12 were found as significantly lower in patients with first-episode psychosis. The insufficient active folate and its inability to carry methyl groups is the major cause of insufficient synthesis of SAM. In our study, lower 3-OMD levels in CSF could also be explained by low folate, RBC folate, and and other markers. In addition, in patients with first-episode psychosis, total homocysteine (tHcy) levels were significantly higher compared to the control group was (p = 0.001; 11.44 mmol / L and 8.32 mmol / L).
From serum and urine amino acids,  the most important finding of our study is significantly higher methionine levels in the serum in patients with first-episode psychosis compared to the control group (p = 0.000; 35μmol/L and 25μmol/L). Methionine is the methyl group carrying amino acid prior to SAM synthesis. Higher serum methionine levels as assessed together with low RBC folate indicates important evidence for diminished synthesis and demand of SAM as active single carbon carrier.
As a result, in the first-episode psychotic patients, especially significantly disrupted dopamine synthesis showed itself with 3-OMD impairment in CSF, but unchanged dopamine excretion product the HVA levels dopamine synthesis and accompanied disorders in NP step by a defect in BH4 synthesis were detected in our study. These findings were also accompanied by one-carbon metabolism parameters of folate, RBC folate, homocysteine and vitamin B12. The existence of higher serum methionine levels was appeared as the most important indicator for the diminished synthesis of active methyl carrier in the one-carbon metabolism. It is concluded that first episode of psychosis cannot be explained with a simple disorder in the metabolism of neurotransmitters, but it can be resolved by complex interactions of metabolisms we investigated. The next step in our studies will be investigating the findings of this study in more detailed examinations.