l-carnitine therapy in isovaleric acidemia -j clin invest1984

7/27/2019 L-Carnitine Therapy in Isovaleric Acidemia -J Clin Invest1984

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R a p i d P u b l i c a t i o n

L - C a r f i t i n e T h e r a p yi n I s o v a l e r i c A c i d e m i a

C . R . R o e , D . S . M i l l i n g t o n , D . A . M a l t b y ,S . G . K a h l e r , a nd T . P . B o h a nD i v i s i o no f G e n e t i c sa n d M e t a b o l i s m ,De p a r t me n to f P e d i a t r i c s ,D u k eU n i v e r s i t yM e d i c a lC e n t e r ,D u r h a m ,N o r t hC a r o l i n a2 7 7 1 0

A stract. I s o v a l e r i ca c i d e m i a ,r e s u l t i n gf r o mi s o v a l e r y l - c o e n z y m eA d e h y d r o g e n a s ed e f i c i e n c y ,i s a s -s o c i a t e dw i t hm a r k e dr e d u c t i o no f f r e ec a r n i t i n ei nb o t hp l a s m aa n d u r i n e .F a s ta t o mb o m b a r d m e n t - m a s ss p e c -t r o m e t r y ,h y d r o l y s i s ,a n d g a s c h r o m a t o g r a p h y / m a s ss p e c t r o m e t r yh a v eu n e q u i v o c a l l yi d e n t i f i e dt h ee x i s t e n c eo fi s o v a l e r y l c a r n i t i n e ,a n e wm e t a b o l i t es p e c i f i cf o rt h i sd i s o r d e r .A d m i n i s t r a t i o no fe q u i m o l a ra m o u n t so f g l y c i n eo r L - c a r n i t i n es e p a r a t e l yw i t hl e u c i n ed e m o n s t r a t e dt h a ti s o v a l e r y l - c o e n z y m eA i s r e m o v e db y s u p p l e m e n t a lL - c a r n i t i n ei nt h ef o r mo fi s o v a l e r y l c a r n i t i n ea se f f e c t i v e l ya si t i sb y g l y c i n e ,i nt h ef o r mo fi s o v a l e r y l g l y c i n e .W h e nL - c a r n i t i n ei s g i v e na l o n e ,e x c r e t i o no f i s o v a l e r y l g l y c i n e

d e c r e a s e si n p r e f e r e n c et o e n h a n c e de x c r e t i o no f i s o v a l -e r y l c a r n i t i n ea n d h i p p u r a t e .T r e a t m e n tw i t h L - c a r n i t i n ea l o n eh as p r o v e ne f f e c t i v ei n p r e v e n t i n gf u r t h e rh o s p i -t a l i z a t i o n si n a p a t i e n tw i t ht h i sg e n e t i cd i s o r d e r .

I n t r o d u c t i o n

I s o v a l e r i ca c i d e m i a ,a d e f e c ti n l e u c i n em e t a b o l i s m ,w a s f i r s tr e c o g n i z e da n d d e s c r i b e db y Ta n a k a a n d a s s o c i a t e s( 1 , 2 ) .I s o v a l e r y l g l y c i n e( I V G ) 'w a s i d e n t i f i e da s a m a j o r u r i n a r y

A d d r e s sr e p r i n tr e q u e s t st o D r .R o e , D i v i s i o no fG e n e t i c sa n d M e t a b -o l i s m ,B o x 3 0 2 8 ,D u k e U n i v e r s i t yM e d i c a lC e n t e r ,D u r h a m ,NC2 7 7 1 0 .

R e c e i v e df o rp u b l i c a t i o n1 4 A u g u s t1 9 8 4 .1 .A b b r e v i a t i o n su s e di n t h i sp a p e r :B / E ,m a g n e t i c( B )t o e l e c t r i c( E )f i e l dr a t i o ;B G , b e n z o y l g l y c i n e ;C o A , c o e n z y m eA ; C o A S H ,f r e ec o e n z y m eA ; FA B ,f a s ta t o m b o m b a r d m e n t ;G C ,g a sc h r o m a t o g r a p h y ;I VA , i s o v a l e r i ca c i d ;I V C , i s o v a l e r y l c a r n i t i n e ;I V G ,i s o v a l e r y l g l y c i n e ;M S ,m a s ss p e c t r o m e t r y ;m / z ,m a s s t o c h a r g er a t i o .

m e t a b o l i t e( 3 ) .G l y c i n et h e r a p yh as b e e n d e m o n s t r a t e dt o b ea n e f f e c t i v em e a n so f r e m o v i n gi s o v a l e r y l - c o e n z y m eA ( C o A )a s I V G ( 4 - 6 ) .T h i s d i s o r d e rc h a r a c t e r i z e st h ec o n c e p t o f ar e l a t i v ei n s u f f i c i e n c yo f a n o r m a lm e t a b o l i t e ,g l y c i n e ,t o m e e tt h er e q u i r e m e n t sf o rc o n j u g a t i o na n d e x c r e t i o no f a n o t h e r w i s et o x i ci n t e r m e d i a t e ,i s o v a l e r y l - C o A ,b y a n e x i s t i n gm i t o c h o n d r i a le n z y m a t i cp a t h w a y, g l y c i n e - N - a c y l a t i o n( 3 ) .

R e c e n t l y ,e x a m p l e so f t h er e l a t i v ei n s u f f i c i e n c yo f a n o t h e rn o r m a lm e t a b o l i t e ,L - c a r n i t i n e ,h a v e b e e n s u g g e s t e d .I n b o t hm e t h y l m a l o n i ca c i d u r i aa n d p r o p i o n i ca c i d e m i a ,t h e t o x i cm e t a b o l i t ep r o p i o n y l - C o Ai s e f f e c t i v e l ye x c r e t e da sp r o p i o n y l -c a r n i t i n ea f t e rc a r n i t i n es u p p l e m e n t a t i o n( 7 - 9 ) .S i m i l a r l y ,i nt h e m e d i u mc h a i na c y l - C o Ad e h y d r o g e n a s ed e f i c i e n c y ,e n -h a n c e de x c r e t i o no f h e x a n o y l c a r n i t i n ea n d o c t a n o y l c a r n i t i nw e r ed e m o n s t r a t e d( 1 0 ) .S t a n l e ye t a l .( 1 1 )h a v e d e m o n s t r a t e dc a r n i t i n ed e f i c i e n c yi n i s o v a l e r i ca c i d e m i aa n d s u g g e s t e di n -c r e a s e de x c r e t i o no f a c y l c a r n i t i n ea sa p o s s i b l ec a u s e .

I n t h i ss t u d y ,w e p r e s e n tt h eu n e q u i v o c a li d e n t i f i c a t i o no fi s o v a l e r y l c a r n i t i n e( I V C )a n d i t se x c r e t i o ni ni s o v a l e r i ca c i d e m i aa n d a t t e m p t t o c o m p a r et h e r e l a t i v et h e r a p e u t i cu t i l i t yo fL - c a r n i t i n ew i t ht h a to f g l y c i n ei n t h i sd i s o r d e r .

M e t h o d s

T h e m a t e r i a l sa d m i n i s t e r e dt o t h ep a t i e n ti n t h i ss t u d yw e r e g l y c i n ea n d L - l e u c i n e ,s u p p l i e db y A j i n o m o t o ,I n c .( R a l e i g h ,N C ) ,a n d L -c a r n i t i n e ,s u p p l i e db y S i g m a - T a u( H o l m d e l ,N J ) .I VG a n d n - v a l e r y l -g l y c i n ew e r eg i f t sf r o mD r .R . A . C h a l m e r s( C l i n i c a lR e s e a r c hC e n t e r ,P e d i a t r i cR e s e a r c hG r o u p , H a r r o w,E n g l a n d ) .B e n z o y l g l y c i n e( B G )a n d t h es i l y l a t i o nr e a g e n t sw e r e o b t a i n e df r o m S i g m aC h e m i c a lC o .( S t .L o u i s ,M O ) ,w h i l e[ 2 H 2 ] B Ga n d [ 2 H 9 j i s o v a l e r i ca c i d( I VA )weres u p p l i e db yMSDI s o t o p e sD i v. ,M e r c kF r o s s tC a n a d a ,I n c .( S t .L o u i s ,M O ) .I V Ca n d [ 2 H 9 ] I V Cw e r e s y n t h e s i z e df r o m t h ef r e ea c i d su s i n gt h i o n y lc h l o r i d ea n d f r o m L - c a r n i t i n eu s i n ga p r o c e d u r ed e s c r i b e db yB o h m e ra nd B r e m e r( 12 )f o rp r o p i o n y l c a r n i t i n e .A l la q u e o u ss o l u t i o n sw e r ep r e p a r e di n d i s t i l l e dd e i o n i z e dw a t e r ,a n d a l lo t h e rs o l v e n t sa n dm a t e r i a l sw e r e r e a g e n tg r a d e .

T h e m a s s s p e c t r o m e t e r / d a t a s y s t e mu s e d i n t h i sr e s e a r c hw a s ad o u b l ef o c u s i n gm a g n e t i cs e c t o r t y p e ,m o d e l 7 0 7 0 H S / 11 - 2 5 0( V GI n s t r u m e n t s ,I n c . ,S t a m f o r d ,C T ) ,c o u p l e dt o a Va r i a n 3 7 0 0 - S e r i e sg a s

2 2 9 0 R o e ,M i l l i n g t o n ,M a l t b y ,K a h l e r ,an d Bohan

J . C l i n .I n v e s t . T h eA m e r i c a nS o c i e t yf o rC l i n i c a lI n v e s t i g a t i o n ,I n c .0 0 2 1 - 9 7 3 8 / 8 4 / 1 2 / 2 2 9 0 / 6$ 1 . 0 0Vo l u m e7 4 ,D e c e m b e r1 9 8 4 ,2 2 9 0 - 2 2 9 5


2/6

c h r o m a t o g r a p h( Va r i a nA s s o c i a t e s ,P a l oA l t o ,C A ) .F o r GC/MSa n a l y s e so f IVG a n d B G ,s a m p l e s( 1 - 2A l )w e r ei n j e c t e di n t h es p l i tm o d e( 1 : 3 0s p l i tr a t i o )o n t o a f u s e ds i l i c ac a p i l l a r yG C c o l u m n( 3 0m / D B - 1 ,D u r a b o n dJ & W S c i e n t i f i c ,R a n c h oC o r d o v a ,C A )t h a tw a s d i r e c t l yc o u p l e dt o t h em a s s s p e c t r o m e t e r ' si o ns o u r c e .T h e c o n d i t i o n sw e r e :i n j e c t o rt e m p e r a t u r e ,2 5 0 ' C , i n t e r f a c e ,2 6 0 ' C , i o ns o u r c e ,2 2 0 ' C( E l e c t r o nI o n i z a t i o n ,70 e V e l e c t r o ne n e r g y ,1 0 0 0 r e s o l u t i o n ) ,o v e nt e m p e r a t u r ep r o g r a m ,8 0 C / m i nf r o m 9 0- 2 00 ' C .F o r IV A a n a l y s i s ,t h eo v e n w a s o p e r a t e di s o t h e r m a l l y( 9 0 ' C ) .U n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ,i s o -v a l e r i ca n d 2 - m e t h y l b u t y r i ca c i d s a r ec o m p l e t e l yr e s o l v e d a s t h et r i m e t h y l s i l a n ee s t e r s .F a s ta t o m b o m b a r d m e n t - m a s ss p e c t r o m e t r y( F A B - M S )a n d c o n s t a n tm a g n e t i c( B )t o e l e c t r i c( E )f i e l dr a t i o - l i n k e ds c a na n a l y s e sw e r ec a r r i e do u t u s i n gs y s t e m ss u p p l i e db y t h em a n u f a c -t u r e ra s p r e v i o u s l yd e s c r i b e d( 1 3 ) .Ty p i c a l l y ,s a m p l e s ( 1 - 2A l )w e r ed i s p e r s e di n g l y c e r o l( 1 0 - 2 0 M l )o n t h et a r g e t ,w h i c hw a s b o m b a r d e dw i t hx e n o na t o m sa t 6 K e V.T h ec o n s t a n tB / E r a t i o -l i nk e d s c a n sw e r er e c o r d e do s c i l l o g r a p h i c a l l y .

A s s a yf o rp l a s m aI VA . T h e i n t e r n a ls t a n d a r d ,[ 2 H 9 ] I VA( 5 n m o l ) ,

0 . 8 m l w a t e r ,1 0 M lc o n c e n t r a t e dH C G ,a n d s o d i u m c h l o r i d e( t os a t u r a t i o n )w e r e a d d e d t o t h es a m p l e( 0 . 1 - 0 . 2m l ) .T h e m i x t u r ew a se x t r a c t e dw i t he t h e r( 2X 1 . 0m l )a n d t h e c o m b i n e de x t r a c t w a sc o n c e n t r a t e dt o - 0 . 1m l i n a s t r e a m o f n i t r o g e n .B i s ( t r i m e t h y l s i l y l ) -t r i f l u o r o a c e t a m i d e( B S T F A ;2 0 A l )w a s a d d e da n d t h em i x t u r ea l l o w e dt o s t a n da t 2 0 ' C f o r1 5m i n . A n a l y s i sw a s p e r f o r m e db y GC/MSa sd e s c r i b e da b o v e ,w h i l em o n i t o r i n gt h es i g n a l sa t m a s s t o c h a r g er a t i o( m / z )1 5 9 . 0 8a n d 1 6 8 . 1 4c o r r e s p o n d i n gt o t h e( M - 1 5 ) +i o n so f I V Aa n d [ 2 H 9 ] I VA ,u s i n gt h em a s ss p e c t r o m e t e ri n s e l e c t e d - i o nm o n i t o r i n gm o d e .T h e s et w o c o m p o n e n t sw e r e c o m p l e t e l yr e s o l v e da n d e n a b l e dt h ep e a k a r e ar a t i o( m / z ,1 5 9 / 1 6 8 )t o b e a c c u r a t e l yd e t e r m i n e d .T h i sr a t i ow a s c o n v e r t e di n t oc o n c e n t r a t i o nb y c o m p a r i s o nw i t ha s t a n d a r dc u r v e ,d e r i v e db y a d d i n g0 - 5 n m o lIVA p l u s5 n m o l [ 2 H 9 ] I VAi n t o1 - m la l i q u o t so fw a t e r ,w i t he x t r a c t i o na n d a n a l y s i sa sd e s c r i b e da b o v e .T h ed e t e c t i o nl i m i tw as b e lo w1 n m o l / m l( 0 . 1m g / l i t e r ) .

S p e c i f i ci d e n t i f i c a t i o no fI V C .A n a l i q u o to fu r i n e( 0 . 1 - 1 . 0m l )w a sa c i d i f i e d( 1 01 l6 N H C l )a n d a p p l i e dt o a c a t i o n i ce x c h a n g ec o l u m n( D o w e x - 5 0 ,3 0 X 2 m m ) .A f t e rw a s h i n gw i t h0 . 1 N H C I ( t w o b e dv o l u m e s )a n d w a t e r( f i v eb e d v o l u m e s ) ,t h ea c y l c a r n i t i n e sw e r ee l u t e dw i t h1 N NH40H i n w a t e r : e t h a n o l( 4 : 1 ;6 m l ) .T h i s f r a c t i o nw a sl y o p h i l i z e da n d t r e a t e dw i t hu r e a s e( 1 u n i ti n 1 . 0m l w a t e r )a t 3 7 Cf o r3 0 m i n ,t h e n l y o p h i l i z e da g a i n ,a n d r e d i s s o l v e di n0 . 0 1N H C l( 0 . 1m l ) .A b o u t2 A lo f t h i ss o l u t i o n ,w h i c h c o n t a i n e dn o f r e eI V Aa sj u d g e db y GC/MSo fa n e t h e re x t r a c t ,w e r ea p p l i e di n g l y c e r o l( 2 0M l )t ot h eFA Bi o n - s o u r c et a r g e t .T h er e m a i n i n gs a m p l ew a sb a s e - h y d r o l y z e d( 0 . 2N KOH, 3 7 0 C ,3 0 m i n ) ,a c i d i f i e dw i t h6 N H C I , a n d e x t r a c t e dw i t he t h e r( 2 X 1 . 0m l ) .T h e e t h e re x t r a c tw a s c o n c e n t r a t e d ,t r e a t e dw i t hb i s ( t r i m e t hy l s i l y l ) - t r i f l u o r o a c e t a m i d e( 1 0 0M l )f o r3 0 m i na t 2 0 0 C ,a n d t h e n a n a l y z e db y G C / M S .

A s s a y f o r L - c a r n i t i n ea n d a c y k c a r n i t i n e .S e r u m a n d u r i n a r yL - c a r n i t i n ea n d a c y l c a r n i t i n e sw e r ed e t e r m i n e db y t h er a d i o e n z y m a t i c

a s s a yu s i n g[ ' 4 C - l ] a c e t y l - C o Aa n d c a r n i t i n ea c e ty l t r a n sf e r a s e a sd e s c r i b e dp r e v i o u s l y( 1 4 ) .S p e c i f i ca s s a yf o rI V C .A s u f f i c i e n tv o l u m eo f t h ei n t e r n a ls t a n d a r d

s o l u t i o n( [ ' H 9 ] I V Ci n d i s t i l l e dd e i o n i z e dw a t e r ,1 g / l i t e r )w a s a d d e dt oa n a l i q u o to f u r i n e( 1 0 0 - 5 0 0M l )t o p r o v i d ea p p r o x i m a t e l yt h es a m em o l a rc o n c e n t r a t i o na st h et o t a la c y l c a r n i t i n ed e t e r m i n e db y r a d i o e n -z y m a t i ca s s a y .T h i s m i x t u r ew a s t h e n p u r i f i e d a sd e s c r i b e da b o v ef o rt h es p e c i f i ci d e n t i f i c a t i o no f I V C .D i r e c tm e a s u r e m e n to f t h er a t i oo fMH + i o n i n t e n s i t i e sf o r I V C a n d [ 2 H 9 ] I V C( m / z ,2 4 6 / 2 5 5 ) w a sa c c o m p l i s h e db y h i g hr e s o l u t i o nF A B - s e l e c t e d - i o nm o n i t o r i n ga n a l y s i s( 1 3 ) .T h i sr a t i ow a s c o n v e r t e di n t om o l a r c o n c e n t r a t i o nu s i n ga

c a l i b r a t i o nc u r v e d e r i v e db y s t a n d a r da d d i t i o no f I V Ct o a l i q u o t so fn o r m a lu r i n e ,t o w h i c ha f i x e da m o u n to f [ 2 H 9 ] I V Cw a s a dd e d, t h e na p p l y i n gt h ee x t r a c t i o na n d a n a l y t i c a lp r o c e d u r e si d e n t i c a lw i t ht h o s ed e s c r i b e df o rt h ep a t i e n t ' su r i n e .S o m eo f t h ep u r i f i e du r i n ee x t r a c t sw e r eb a s e - h y d r o l y z e d( 0 . 1N KOH, 3 7 0 C ,0 . 5h )a n d t h el i b e r a t e df r e ef a t t ya c id s e x t r a c t e d i n t oe t h e ra n d a n a l y z e db y GC/MS. B y m e a s u r i n gt h er a t i oo f s i g n a l sf o rt h e s ef r e ea c i d su s i n gt h em a s s s p e c t r o m e t e ra n d f o l l o w i n gt h ec a l i b r a t i o np r o c e d u r ed e s c r i b e da b o v e f o rI VA , as e c o n d ,i n d e p e n d e n td e t e r m i n a t i o no f t h e I V C c o n c e n t r a t i o nw a sa f f o r d e d .

A s s a y sf o r IVG a n d h i p p u r a t e( B G ) .T h e i n t e r n a ls t a n d a r d s ,n - v a l e r y l g l y c i n e ,a n d [ 2 H 2 ] B G( 4 0M le a c h i n m e t h a n o ls o l u t i o n[ 1g /l i t e r ] )t o a n a l i q u o to f t h ep a t i e n t ' su r i n e( 5 0 - 1 0 0M l ) .A f t e ra d d i t i o no f w a t e r ( 0 . 5m l ) ,6 N H G C( 1 0M l ) ,a n d s o d i u mc h l o r i d e( 0 . 5g ) ,t h es o l u t i o nw a s e x t r a c t e dw i t h e t h e r( 2 X 1 . 0 m l ) .T h e e t h e rw a se v a p o r a t e da n d t h e r e s i d u ew a s t r e a t e dw i t hN 4 t - b u t y l d i m e t h y l sN - m e t h y l t r i f l u o r o a c e t a m i d e(MTBSTFA; 1 0 0 M l )f o ra t l e a s t1 5m i na t 2 0 ' C ,a n d t h e na n a l y z e db y G C / M S .T h e r a t i o so f s i g n a l sc o r r e -s p o n d i n gt o [ M - 5 7 ] +i o n sw e r e d e t e r m in e df o rt h eI V G / n - v a l e r y l g l yp a i ra n d f o rt h eB G / [ 2 H 2 1 B Gp a i r .T h e s er a t i o sw e r e c o n v e r t e di n t oc o n c e n t r a t i o nb y c a l i b r a t i o no f r e s p o n s er a t i ov s .c o n c e n t r a t i o ni n t h em a n n e rd e s c r i b e df o rt h eI V Ca s s a y ( a bo v e ) .I f t h er a t i oo f s i g n a l sf r o m t h es a m p l eu r i n ew a s o u t s i d e t h ec a l i b r a t i o nr a n g e ,t h ea n a l y s i sw a s r e p e a t e d u s i n ge i t h e ra d i f f e r e n tv o l u m eo f u r i n eo r a d i f f e r e n tq u a n t i t yo f i n t e r n a ls t a n d a r d .

C a s e r e p o r t .T h i s 4 1 / 1 2 - y r - o l db l a c km a l e w a s t h e 7l b . ,1 4o z .p r o d u c to fa n u n c o m p l i c a t e dp r e g n a n c y ,d e l i v e r y ,a n d n e o n a t a lp e r i o d .He w a s w e l lu n t i l1 y r o f a g ew h e nh e w a s h o s p i t a l i z e db e c a u s eo fv o m i t i n g ,d i a r r h e a ,a n d d e h y d r a t i o n .He w a s h o s p i t a l i z e da g a i nf o raw e e ka t t h ea g e so f 1 5m o a n d 3 y r f o rt h es a m e c o m p l a i n t s .E a c he p i s o d ew a s f o l l o w e db y a b r i e fp e r i o do f a l o p e c i a .T h e p a t i e n tw a sc h a r a c t e r i z e da s a p o o r e a t e r ,d e v e l o p m e n t a l l yd e l a y e d ,p h y s i c a l l yw e a k , a n d u n a b l e t o k e e p u p w i t hh i sp e e r s .A t 3 y r , 9 m o , h e w a sr e f e r r e dt o D u k eU n i v e r s i t yM e di ca l C e n te ri n a n u n r e s p o n s i v es t a t ef o l l o w i n ga 5 - dp e r i o do f v o m i t i n ga n d d i a r r h e a .He w a s o b t u n d e da n d d e h y d r a t e d ,b u t r e s p o n d e dt o p a i n .T h e r ew a s n o o d o r .A d m i s s i o nc h e m i s t r i e si n c l u d e dn o r m a ls e r u ms o d i u m ,p o t a s s i u m ,a n d c h l o r i d e ;C 0 2 , 9 m m o l / l i t e r ;b l o o d - u r e an i t r o g e n ,8 8 m g / d l ;c r e a t i n i n e ,2 . 7m g /d l ;a n d g l u c o s e ,1 7 2m g / d l .A d m i s s i o nh e m o g l o b i nw a s 1 0 . 5g / d la n dh e m a t o c r i t ,3 2 % ;l e u k o c y t ec o u n t w a s 5 , 1 0 0 / m m 3 ;p l a s m aa m m o n i a ,1 2 8u g / d l ,a n d s e r u m s a l i c y l a t e ,5 . 5 m g / d l .D u r i n gt h ec o u r s eo fh o s p i t a l i z a t i o n ,a l o p e c i aa n d p a n c y t o p e n i ad e v e l o p e d( h e m o g l o b i n ,7 . 7g / d l ;h e m a t o c r i t ,2 4 % ;l e u k o c y t ec o u n t ,9 0 0 / m m 3 ;a n d p l a t e l e t s ,1 8 , 0 0 0 /m m 3 ) .B y d i s c h a r g e ,l e u k o c y t ec o u n t w a s 4 , 7 0 0 ;p l a t e l e t s ,4 3 , 5 0 0 ;a n dh e m o g l o b i nw a s 7 . 8 .O r g a n i ca c i da n a l y s i sb y GC/MS r e v e a l e dl a r g eq u a n t i t i e so f I VG a n d 3 - h y d r o x y i s o v a l e r a t ei n t heu r i n e .T h e p a t i e n tw a s p l a c e do n a p r o t e i n - r e s t r i c t e dd i e t( 1 . 5g / k g / d )u n t i la d m i s s i o nt ot h eC l i n i c a lR e s e a r c hU n i t .A t t h a tt i m e ,h e h a d m i l d a l o p e c i aa n db o t h e x p r e s s i v ea n d r e c e p t i v el a n g u a g ed e l a y .T h e r ew a s w e a k n e s si nb o t h a b d o m i n a la n d p r o x i m a lh i pm u s c u l a t u r ea n d e x a g g e r a t e db a l a n c er e a c t i o n s ,w h i c hw e r ed e l a y e dc o m p a r e dw i t hn o r m a lc h i l d r e na t t h es a m ea g e .

R e s u l t s

T h e p a t i e n tw a s s t u d i e d w h i l e o n d i e t a r yr e s t r i c t i o no f p r o t e i n( 1 . 5g / k g / d ) .He h a d n o t p r e v i o u s l yr e c e i v e da n y g l y c i n eo rc a r n i t i n es u p p l e m e n t a t i o n .H i s p l a s m aa m i n oa c i d sw e r e d e -c r e a s e d a n d t h e r ew a s n oh y p e r g l y c i n e m i a .T h e p r e t r e a t m e n tp l a s m a f r e ec a m i t i n e w a s 5 . 2 uM ( n= 9 ) c o m p a r e dw i t h

2 2 9 1 L - C a r n i t i n eT h e r a p yi n I s o v a l e r i cA c i d e m i a


3/6

Ta b l e I . P l a s m aa n d U r i n a r yC a r n i t i n eS t a t u sb e f o r eT r e a t m e n t

T o t a l F r e e S h o r t - c h a i na c y l c a r n i t i n e s L o n g - c h a i na c y l c a r n i t i n e s

P l a s m a( A M )P a t i e n t( n = 9 ) 1 3 . 4 2 . 6 5 . 2 2 . 0 5 . 8 1 . 8 2 . 3 0 . 5N o r m a l 4 6 . 1 1 0 . 0 3 6 . 7 7 . 6 5 . 7 3 . 5 3 . 7 1 . 5

U r i n e( y m o l / gc r e a t i n i n e )P a t i e n t( n = 4 ) 3 6 2 . 3 4 . 4 3 . 5 3 1 . 7 2 . 5N o r m a l 1 2 5 . 1 7 4 . 7 5 1 . 3 4 0 . 1 7 3 . 7 3 9 . 5

U r i n e( , g m o l / 2 4h )P a t i e n t 6 . 7 0 . 9 5 . 8N o r m a l 2 1 7 . 2 7 8 . 4 1 3 5 . 0 7 3 . 6 8 1 . 2 2 0 . 7

A l lv a l u e sa r eg i v e na sm e a n S D .

n o r m a l v a l u eo f 3 6 . 7A M ,w h i l et h ea c y l c a r n i t i n el e v e lw a sw i t h i nt h en o r m a l r a n g e ( T a b l eI ) . S i m i l a rda t a h a v e b e e nr e p o r t e df o rt h r e eo t h e rp a t i e n t sw i t h t h i sd i s o r d e rb y S t a n l e ye t a l .( 11 ) .T h e l o w p l a s m at o t a lc a r n i t i n ew a s a p p a r e n t l yd u et o r e d u c t i o ni n a v a i l a b l e f r e e c a rn i t i n e .S i m i l a r l y ,t h em e a nu r i n a r yf r e ec a r n i t i n ew a s g r e a t l yr e d u c e d t o 4 . 4c o m p a r e dw i t ht h en o r m a lv a l u eo f 5 1 . 3 4 0 . 1n m o l / m gc r e a t i n i n e ,a n dt h e2 4 - he x c r e t i o no f c a r n i t i n eb e f o r et r e a t m e n tw a s w e l lb e l o wt h en o r m a lr a n g e .

T h e e x c r e t e da c y l c a r n i t i n e sw e r e p u r i f i e db y i o ne x c h a n g ec h r o m a t o g r a p h ya n d a n a l y z e d b y f a s ta t o m b o m b a r d m e n t -m a s s s p e c t r o m e t r y( F A B - M S ) .T h e o n l y s i g n i f i c a n ts i g n a la b o v e m / z 2 0 0 n o t a t t r i b u t a b l et o t h eg l y c e r o lm a t r i x w a s a t

m / z 2 4 6 ,c o r r e s p o n d i n gt o t h ep r o t o n a t e d m o l e c u l a rs p e c i e so f I V C( F i g .1 A ) .T h e f r a g m e n t a t i o np a t t e r no f t h i si o n( F i g .1 B ) w a s i d e n t i c a lw i t ht h a to f s y n t h e t i cI V C( F i g .1 C ) ,b u tt h ep o s s i b i l i t yt h a tt h ei s o m e r i c 2 - me t h y l b u t y r y l c a r n i t i n ew a sa l s op r e s e n tc o u l dn o t b e r u l e do u t b y t h i sp r o c e d u r e .H o w e v e r ,b a s eh y d r o l y s i so ft h ep u r i f i e da c y l c a r n i t i n ef r a c t i o ny i e l d e do n l yI VA p l u sa l i t t l ea c e t i ca c i d ,a sj u d g e db y GC/MSa n a l y s i so f t h e e t h e re x t r a c t ,i n d i c a t i n gt h a tt h e a c y l c a r n i t i n ew a sp r e d o m i n a n t l yI V C . N o r m a lc h i l d r e ne x c r e t em o s t l ya c e t y l -c a r n i t i n e( 1 5 ) .S e l e c t e du r i n es a m p l e sf r o m t h ep a t i e n tw e r ea n a l y z e db y t h e s em e t h o d st h r o u g h o u tt h ep r o c e d u r e sd e s c r i b e db e l o wa n d r e v e a l e dt h a tI V Cw a s a l w a y st h ed o m i n a n ta c y l -c a r n i t i n ee x c r e t e d .T h e i n t a c tI V Cw a s a s s a y e di n some o ft h e s es a m p l e sb y i s o t o p ed i l u t i o nF A B - M S ,u s i n g[ 2 H 9 ] I V Ca s

t h e i n t e r n a ls t a n d a r d .T h e v a l u e so b t a i n e dw e r e t h e same( w i t h i n1 5 % )a st h o s ed e r i v e df r o mt h es h o r t - c h a i na c y l c a r n i t i n er a d i o e n z y m a t i ca s s a y .T h e r e f o r e ,t h er a d i o e n z y m a t i c a l l yd e r i v e dq u a n t i t a t i v ed a t af o rs h o r t - c h a i na c y l c a r n i t i n ewa s c o n s i d e r e de q u i v a l e n tt o a n a s s a yf o rI V Cf o rt h ep u r p o s eo f t h es t u d i e so n t h i sp a t i e n t .

A s e r i e so f s t u d i e sw a s p e r f o r m e do n t h ep a t i e n ti n t h eC l i n i c a lR e s e a r c hU n i t ,w i t h i n f o r m e dc o n s e n t . T h e f o l l o w i n gp a r a g r a p h sd e s c r i b et h ep r o c e d u r e sa n d t h e i rr e s u l t si n t h es e q u e n c ei n w h i c h t h e yw e r e c a r r i e do u t .A n i n t e r v a lo f 4 8 h

w a s a l l o w e db e t w e e ne a ch p r oc e du r et o e n a b l er e t u r n t ob a s el i n e .

L e u c i n ea l o n e .L e u c i n e ,2 5 m g / k g( 0 . 1 9m m o l / k g ) ,f a i l e dt o p r o d u c ea n y u n t o w a r dc l i n i c a lr e s p o n s ea n d t h e r ew a s n od e t e c t a b l ei n c r e a s ei n p la s m a I VA,i n c o n t r a s tt o t h ep a t i e n t

A P U R I F I E D U R I N E :I S O VA L E R I CA C I D E M I A

B

1 0 0 -

5 0 -

C1 0 0 ,

5 0 d

2 4 61 1 0

9 3

I III I I II L 1 8 5l lS A M P L EB / E S C A N

X 1 0 024 6

18 7

6 0 8 5 1 4 4l. _.

1 0 0R E F E R E N C EB / E S C A N

6 0 8 5 1 4 4

1 00

2 0 0x 1 0 0

1 24 61 7

2 0 0

F i g u r e1 . I d e n t i f i c a t i o no fI V Ci n a d m i s s i o nu r i n eo fa p a t i e n tw i t hi s o v a l e r y l - C o Ad e h y d r o g e n a s ed e f i c i e n c y .( A )FA Bmass s p e c t r u mo fp a r t i a l l yp u r i f i e du r i n ea f t e ru r e a s e t r e a t m e n t , s h o w i n gp r o m i n e n ts i g n a la t m / z2 4 6 c o r r e s p o n d i n gt o t h ep r o t o n a t e dm o l e c u l e .( B )F r a g m e n t a t i o np a t t e r no ft h em / z 2 4 6 i o ni n u r i n eo b t a i n e db yc o n s t a n t B / Er a t i o - l i n k e ds c a n . ( C )F r a g m e n t a t i o np a t t e r no ft h em / z2 4 6 i o nf r o ms y n t h e t i cI V C .

2 2 9 2 R o e ,M i l l i n g t o n ,M a l t b y ,K a h l e r ,a n d B o h a n


4/6

s t u d i e db y Yu d k o f fe t a l . ( 5 ) f o l l o w i n gt h e s a m e d o s e o fl e u c i n e .T h e r e f o r e ,h e w a s g i v e n5 0 m g / k g( 0 . 3 8m m o l / k g )l e u c i n e .Vo m i t i n gc o m m e n c e da f t e r1 h a n d p e r s i s t e df o r3

h ,b u t h e r e q u i r e dn o t h e r a p y a n d h a d n o f u r t h e rd i s c o m f o r to rn a u s e a .P l a s m aIV A w a s n o t d e t e c t a b l ep r i o rt o t h i sc h a l l e n g eb u t r o s et o 2 . 7 m g / l i t e r( 2 6 . 5g M ) a t 2 h a n d g r a d u a l l yd e c r e a s e dt o 1 . 1m g / l i t e ra t 8 h a f t e ri n g e s t i o n .U r i n a r yI V Gi n c r e a s e df r o m8 . 8 t o2 1 . 5g m o l / m gc r e a t i n i n ea t 2 h a n d w a sa s s o c i a t e dw i t ha d e c r e a s ei n BG e x c r e t i o nf r o m 4 . 2t o 1 . 2, g m o l / m gc r e a t i n i n ea t t h es a m et i m e ( F i g .2 A ) .U r i n a r yI VCi n c r e a s e ds l i g h t l y ,f r o m0 . 0 2t o 0 . 1 5u m o l / m gc r e a t i n i n e ,b y 4h f o l l o w i n gt h el e u c i n el o a d .

L e u c i n ep l u sg l y c i n e .S i n c ea n o r a ld o s e o f l e u c i n ea t 0 . 3 8m m o l / k gp r o d u c e dm e a s u r a b l ec l i n i c a la n d c h e m i c a lr e s p o n s e s ,t h i sa m o u n tw a s a d m i n i s t e r e dw i t h g l y c i n ea t 2 m m o l / k g( 1 5 0m g / k g ) .T h e r e w a s n o a p p a r e n t c l i n i c a lr e s p o n s e .H o w e v e r ,p l a s m aI VA r o s et o 3 . 9m g / l( 3 8 . 9

, M )a f t e r2 h a n d d e c l i n e d

t o 2 . 3m g / l i t e ra f t e r4 h . F i g .2 B i l l u s t r a t e st h er e s p o n s e o fI V G e x c r e t i o n ,r i s i n gf r o m8 . 5t o 3 4 . 9mmol /mgc r e a t i n i n ei n3 h . BG d i dn o t d e c r e a s ei n t h ep r e s e n c e o f g l y c i n es u p p l e -m e n t a t i o na s h a d o c c u r r e dw i t h l e u c i n ea l o n e .IVC i n c r e a s e dv e r y s l i g h t l yf r o m t h e l o w l e v e lo f 0 . 0 3 t o 0 . 0 8g m o l / m gc r e a t i n eb y 5 h .

L e u c i n ep l u sc a r n i t i n e .L e u c i n e( 0 . 3 8m m o l / k g )w a s g i v e n

3 6- 3 6-(B)I S O VA L E RY LG LY C I N E ( A )

3 0 - B E N Z O Y LG L Y C I N E 3 0EISOVALERYL C A R N I T I N E3 0

2 4-

1 8 1 8 -

1 2-6O- 6 1

2 4 ( C ) 1 2 ( D )

1 8 ( m8

1 2 -

62 1

0 6 1 2 1 8 2 4 0 6 1 2 1 8 2 4H o u r sP o s tA d m i n i s t r a t i o n

F i g u r e2 . U r i n a r ye x c r e t i o no fl V G ,B G ,a n d I V Ci n a p a t i e n tw i t hi s o v a l e r y l - C o Ad e h y d r o g e n a s ed e f i c i e n c yi n r e s p o n s et o ( A )l e u c i n e( 0 . 3 8m m o l / k g ) ;( B )l e u c i n e( 0 . 3 8m m o l / k g )p l u sg l y c i n e( 2m m o l /k g ) ;( C )l e u c i n e( 0 . 3 8m m o l / k g )p l u sc a r n i t i n e( 2m m o l / k g )a n d ( D )c a r n i t i n e( 0 . 6 2m m o l / k g ) .

w i t h L - c a r n i t i n e( 2 m m o l / k g )o r a l l y .A g a i n ,t h e r ewa s non a u s e a ,v o m i t i n g ,o r o t h e rc l i n i c a lr e s p o n s e .P l a s m aI V A wa s

u n d e t e c t a b l ea f t e r2 h

a n dr e t u r n e d

t o t h ep r e c h a l l e n g el e v e lo f 1 . 9m g / l i t e ra f t e r6 h . A s s h o w ni n F i g .2 C , e x c r e t i o no fI V G di d n o t s i g n i f i c a n t l yc h a n g ed u r i n gt h e2 4 - h p e r i o do ft h i ss t u d y ,r e m a i n i n gb e t w e e n1 0 - 1 2 u m o l / m gc r e a t i n e .S i m -i l a r l y ,t h e r ewas no s i g n i f i c a n ta l t e r a t i o ni n t h e e x c r e t i o no fB G . H o w e v e r ,IV C i n c r e a s e dd r a m a t i c a l l y ,f r o m 0 . 0 3 t o 2 3 . 7, u m o l / m gc r e a t i n i n e ,b yn e a r l y8 0 0 - f o l d .

L - c a r n i t i n ea l o n e .T h e p a t i e n twa s g i v e nL - c a r n i t i n e ,1 0 0m g / k g( 0 . 6 2m m o l / k g ) ,o r a l l yw i t h o u t e x o g e n o u sg l y c i n eo rl e u c i n e( F i g .2 D ) .A g a i n ,p l a s m af r e eI V A a c t u a l l yd e c r e a s e df r o m 1 . 4t o 0 . 1m g / lb y2 h , a n d t h e n ,r o s e t o 2 . 1m g / lb y 4h . P r i o rt o a d m i n i s t r a t i o no f L - c a r n i t i n e ,I V G e x c r e t i o nwa s1 0 . 5g m o l / m gc r e a t i n i n e .I n < 1 h , t h e l e v e lh a d d e c r e a s e dt o8 . 1 ;b y 4 h , i t h a d r e a c h e da n a d i r o f 4 . 6, u m o l / m gc r e a t i n i n e ;a n d

b y9

h ,g r a d u a l l yr e t u r n e d t o c o n t r o ll e v e l s .T h e r ewa s ac o n c o m i t a n ti n c r e a s e de x c r e t i o no f I VC r i s i n ga b r u p t l yf r o ma l e v e lo f 0 . 0 4 t o 6 . 0, m o l / m gc r e a t i n i n ei n


5/6

I V Cw a s e q u i v a l e n tt o t ha to f IVG f o l l o w i n gg l y c i n es u p p l e -m e n t a t i o n .C l i n i c a l l y ,h e h a s d o n e q u i t ew e l le x c e p tf o ro n en o t a b l eo c c a s i o nw h e nt h ec a r n i t i n et r e a t m e n tw a s i n t e r r u p t e d .A f t e r4 - 5 d w i t h o u t c a r n i t i n e ,h e b e c a m ea c u t e l yi l l a n dr e q u i r e dh o s p i t a l i z a t i o n .T r e a t m e n tt h e n c o n s i s t e do f i n t r a v e -n o u sg l u c o s ea n d o r a lL - c a r n i t i n e( 5 0m g / k g / 6h ) .He r e c o v e r e da n d w a s a l e r tw i t h i n2 4 h . P r e v i o u s l y ,p r e t r e a t m e n th o s p i t a l -i z a t i o n sh a d r e q u i r e ds e v e r a ld a y s o f f l u i ds u p p o r t t o a c h i e v ec l i n i c a lr e c o v e r y .C l i n i c a le x a m i n a t i o na f t e r6 m o o f c a r n i t i n et h e r a p yr e v e a l e dn o e v i d e n c eo f m u s c l ew e a k n e s s .T h e r ew a sm a r k e di m p r o v e m e n ti n c o o r d i n a t i o na n d l o c o m o t i o ns k i l l s ,w h i c ha r en o wo n l y s l i g h t l yd e l a y e d .A l t h o u g hl a n g u a g es k i l l sh a v ea l s oi m p r o v e d ,t h e r ei s s t i l lm a r k e dd e l a yc o m p a r e dw i t hn o r m a l .

D i s c u s s i o n

I s o v a l e r y l - C o Ai s p r o d u c e di n s i d et h em i t o c h o n d r i o nb y o x i -d a t i v ed e c a r b o x y l a t i o no f 2 - o x o - i s o c a p r o a t e .T h i s s t e pr e q u i r e sA T Pa n d f r e ec o e n z y m eA ( C o A S H ) .D e f i c i e n c yo f i s o v a l e r y l -Co A d e h y d r o g e n a s ei n t h i sd i s e a s et h e n r e s u l t si n a n a c c u -m u l a t i o n o f i s o v a l e r y l - C o Aw i t h i nt h em i t o c h o n d r i o n .T h i st o x i ca c y l - C o Ac a n t h e n e i t h e rb e c o n j u g a t e dw i t h g l y c i n et of o r m I V G a n d e x i tt h em i t o c h o n d r i o n ,o r b e c o n j u g a t e dt oL - c a r n i t i n ea sI V C .B o t hm e t a b o l i t e sa r ee x c r e t e di n t h eu r i n ea n d a r ea s s o c i a t e dw i t ht h eb e n e f i c i a le f f e c to f r e s t o r i n gi n t r a -m i t o c h o n d r i a lf r e eCo A l e v e l s .T h u s ,w h e nc a r n i t i n ei sa v a i l a b l e ,i s o v a l e r i ca c i d e m i a i n a d d i t i o nt o p r o p i o n i ca c i d e m i a ( 9 ) ,m e t h y l m a l o n i ca c i d u r i a( 8 ) ,a n d t h em e d i u m - c h a i na c y l - C o Ad e h y d r o g e n a s ed e f i c i e n c y( 1 0 ) ,i sc h a r a c t e r i z e db y e l i m i n a t i o n

o fa s h o r t -o r m e d i u m - c h a i na c y l - C o Ac o m p o u n da sa s p e c i f i ca c y l c a r n i t i n e .T h ec a r n i t i n ea c y l t r a n s f e r a s e sp r o v i d ea n e f f e c t i v ep a t h w a yf o rd e t o x i f i c a t i o na n d e l i m i n a t i o no f t h o s ec o m p o u n d sw h i c hi n c l u d ei s o v a l e r y l - C o A ,p r o p i o n y l - C o A ,h e x a n o y l - C o A ,a n d o c t a n o y l - C o A .

I np r e v i o u ss t u d i e s( 4 - 6 ) ,g l y c i n ea d m i n i s t r a t i o n ,e i t h e ra sa b o l u so r a sc h r o n i ct h e r a p y ,i sa s s o c i a t e dw i t h a p r o n o u n c e di n c r e a s ei n e x c r e t i o no f I V G .Yu d k o f fe t a l .( 5 )a l s od e m o n -s t r a t e da n i n c r e a s ei n h i p p u r a t e( B G )e x c r e t i o n .I nt h ep r e s e n ts t u d y ,b o t hIVG a n d BG e x c r e t i o ni n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yc o m p a r e dw i t ha d m i n i s t r a t i o no f l e u c i n ea l o n e ( T a b l eI I ) .A l t h o u g hb e n z o y l - C o Ai s a b e t t e rs u b s t r a t et h a n i s o v a l e r y l -Co A f o rt h em i t o c h o n d r i a lg l y c i n e - N - a c y l a s e( 1 6 ) ,t h er e l a t i v ea m o u n t o f i s o v a l e r y l - C o Ac o u l d a c c o u n t f o r t h e l a c ko f

s t i m u l a t i o no f BG s y n t h e s i sw h e n l e u c i n ei s a d m i n i s t e r e da l o n e a s s u g g e s t e de a r l i e r( 4 ) .H o w e v e r ,w h e ng l y c i n ei s s u p -p l e m e n t e da n d IVG i s f o r m e d ,CoASH i s made a v a i l a b l ef o rt h ef o r m a t i o no f b e n z o y l - C o A ,t h er a t el i m i t i n gs t e po f BGs y n t h e s i s( 1 7 ) .I t i s w o r t h n o t i n gt h a tp a t i e n t sw i t h t h i sd i s o r d e r ,i n c l u d i n gt h ec a s e d i s c u s s e dh e r e ,o f t e np r e s e n tw i t he l e v a t e dp l a s m a s a l i c y l a t ew h e n a c u t e l yi l l . B e n z o a t e i s ac o m p e t i t o rf o rg l y c i n ea n d a s K r i e g e ra nd T a n a k a( 4 )h a v ep o i n t e do u t ,s a l i c y l a t ea l s ow o u l dc o m p e t ea n d t h e r e f o r eb e

c o n t r a i n d i c a t e da l o n g w i t hd i e t a r ys o u r c e so f b e n z o a t e o rh y d r o x y b e n z o a t e .

A d m i n i s t r a t i o no f a 2 m m o l / k gb o l u so f L - c a r n i t i n ew i t hl e u c i n ep r o d u c e dm a j o rc h a n g e s .I V Ce x c r e t i o ni n c r e a s e df r o ma p r e t r e a t m e n tl e v e lo f 7 u m o l / 2 4h t o 11 7 0 s m o l( T a b l eI I )a n d w a ss u s t a i n e df o ra n a d d i t i o n a l4 8 h , p r o d u c i n ga t o t a le x c r e t i o no f 1 2 8 1g r m o lo f I V C f r o m t h a ts i n g l ed o s e .B yc o m p a r i s o n ,g l y c i n ea t t h es a m e d o s e p r o d u c e de x c r e t i o no fi s o v a l e r y l - C o Aa s IVG o f 1 3 26; i m o la b o v et h a tp r o d u c e db yl e u c i n ea l o n e .BG e x c r e t i o nw a s a l s oe l e v a t e ds i g n i f i c a n t l y ,D u r i n gt h el o a dw i t h l e u c i n ea n d c a r n i t i n e ,BG e x c r e t i o nw a se s s e n t i a l l yu n c h a n g e d ,w h i l eI V G w a s i n c r e a s e dr e l a t i v et o t h ep r e t r e a t m e n tl e v e l( T a b l eI I ) . H o w e v e r ,t h i s i n c r e a s ew a sc o n s i d e r a b l yl e s st h a n t h a to b s e r v e dw i t h l e u c i n ea l o n e ,s u g -g e s t i n gc o m p e t i t i v ef o r m a t i o no f I V C .F u r t h e r m o r e ,c a r n i t i n ea l o n ep r o d u c e da m a r k e dd e c r e a s ei n I VG f o r m a t i o nt h a tw a sq u a n t i t a t i v e l ya c c o u n t e df o rb y t h e i n c r e a s ei n I V C( F i g .2 D ) .I n a d d i t i o n ,t h i s t r a n s f o r m a t i o nw a s a p p a r e n t l ye f f e c t i v ei n m a k i n gCoASH m o r e a v a i l a b l ef o r BG s y n t h e s i s .T h e s er e s u l t ss u p p o r tt h et h e s i st h a th i g hl e v e l so f i s o v a l e r y l - C o Ac o m p e t ee f f e c t i v e l yf o r g l y c i n ei n t h e m i t o c h o n d r i o nw i t hb e n z o a t e .Wh e n t h e l e v e lo f i s o v a l e r y l - C o Ai s r e d u c e d a n dCoASH i s a v a i l a b l e ,b e n z o a t e i s e f f e c t i v e l yc o n v e r t e di n t oh i p p u r a t e( B G ) .

I n s u m m a r y ,t h i ss t u d yh as d e m o n s t r a t e dt h a ti n i s o v a l e r i ca c i d e m i a ,w h e na d e q u a t ec a r n i t i n ei s a v a i l a b l e ,a n e wm e t a b -o l i t e ,I V C , i s e x c r e t e di n l a r g ea m o u n t s .T h e u s eo f c a r n i t i n et h e r a p yi n i s o v a l e r i ca c i d e m i aa p p e a r st o b e a s e f f e c t i v ea sg l y c i n et h e r a p yi n t h er e m o v a lo f i s o v a l e r y l - C o Aa n d i s m o r ee f f e c t i v ei nr e d u c i n gp l a s m aI VA . B y i n c r e a s i n gt h ea v a i l a b i l i t yo fC o A S H ,g l y c i n ec o n j u g a t i o ni sa l s oe n h a n c e d .I V Cf o r m a t i o ni s n o t s i g n i f i c a n t l ye n h a n c e db y g l y c i n es u p p l e m e n t a t i o n ,a n dr e n a ll o s sd o e s n o t a p p e a rt oa c c o u n tf o rt h ei n i t i a l l yd i m i n i s h e dl e v e l so ff r e ec a r n i t i n ei n t h i sp a t i e n t .T r e a t m e n to fi s o v a l e r i ca c i d e m i aw i t hc a r n i t i n ea l o n eo v e r c o m e st h e d i m i n i s h e da m o u n to fc a rn i t i n e . F u r t he r ,c a r n i t i n ei s u t i l i z e di n a n o t h e rd e t o x i f i c a t i o np a t h w a yv i at h ec a r n i t i n ea c y l t r a n s f e r a s es y s t e m ,p r o d u c i n gI V C .T h e s eo b s e r v a t i o n s ,c o u p l e dw i t ht h ee n c o u r -a g i n gp r o g r e s so f t h ep a t i e n t ,s u g g e s tt h a ti t i s r e a s o n a b l et ot r e a ti s o v a l e r i ca c i d e m i aw i t hc a r n i t i n e ,a l t h o u g ht h ep o s s i b l ea d v a n t a g e so f c o n c o m i t a n tg l y c i n es u p p l e m e n t a t i o nw a r r a n tf u r t h e ri n v e s t i g a t i o n .

A c k n o w l e d g m e n t s

W e a r e e s p e c i a l l yg r a t e f u lt o D r . L . H a r r i s( F a y e t t e v i l l e ,N C )f o rr e f e r r i n gt h i sp a t i e n t ,t o D r .R . A . C h a l m e r s( C l i n i c a lR e s e a r c hC e n t r e ,H a r r o w,U K )f o rs u p p l y i n gt h e i s o v a l e r y l g l y c i n ea n d v a l e r y l g l y c is t a n d a r d sa n d t o S i g m aT a u ( R o m e ,I t a l y )f o ra g e n e r o u ss u p p l yo fL -c a r n i t i n e .W e f u r t h e ra p p r e c i a t et h ee x c e l l e n tt e c h n i c a la s s i s t a n c eo fM s . W. B o o n e ,M s . D . G a l e ,M r . R . Wy n n e ,a n d M s . D . S a n d e r s .

T h i s s t u d yw a s s u p p o r t e di n p a r tb ya g r a n tf r o m t h eN a t i o n a lR e y e ' sS y n d r o m eF o u n d a t i o n( B r y a n ,O H ) ,t h e R e y e ' sS y n d r o m eR e s e a r c hF u n d - S . F . A .( D u k eU n i v e r s i t yM e d i c a lC e n t e r ) ,a n d t h e

2 2 9 4 R o e ,M i l l i n g t o n ,M a l t b y,K a h l e r ,a n d B o h a n


6/6

R R - 3 0G e n e r a lC l i n i c a lR e s e a r c hC e n t e r sP r o g r a mD i v i s i o no fR e s e a r c hR e s o u r c e s( N a t i o n a lI n s t i t u t e so fH e a l t h ) .

R e f e r e n c e s

1 . Ta n a k a , K . ,M . A . B u d d , M . L . E f r o n ,a n d K . J . I s s e l b a c h e r .1 9 6 6 . I s ov a le r ica c i d e m i a :a n e wg e n e t ic d e f e c to fl e u c i n em e t a b o l i s m .P r o c .N a t l .A c a d .S c i .U S A .5 6 : 2 3 6 - 2 4 2 .

2 . B u d d , M . A . ,K . T an ak a,L . B .H o l m e s ,M . L . E f r o n ,J . D .C r a w f o r d ,a n d K . J . I s s e l b a c h e r .1 9 6 7 .I s o v a l e r i ca c i d e m i a :c l i n i c a lf e a t u r e so f a n e w g e n e t i cd e f e c to f l e u c i n em e t a b o l i s m .N . E n g l .J .M e d .2 7 7 : 3 2 1 - 3 2 7 .

3 . Ta n a k a , K . , a n d K . J . I s s e l b a c h e r .1 9 6 7 .T h e i s o l a t i o na n di d e n t i f i c a t i o no fN - i s o v a l e r y l g l y c i n ef r o mu r i n eo fp a t i e n t sw i t hi s o v a l e r i ca c i d e m i a .J . B i o l .C h e m .2 4 2 : 2 9 6 6 - 2 9 7 2 .

4 . K r i e g e r ,I . , a n d K . T an ak a. 1 9 7 6 .T h e r a p e u t i ce f f e c t so f g l y c i n ei n i s o v a l e r i ca c i d e m i a .P e d ia t r . R e s . 1 0 : 2 5 - 2 9 .

5 . Yu d k o f f ,M . , R. M . C o h n , R . P u s c h a k , R . R o t h m a n ,a n d S .S e g a l .1 9 7 8 .G l y c i n et h e r a p yi ni s o v a l e r i ca c i d e m i a .J . P e d i a i r .9 2 : 8 1 3 -8 1 7 .

6 . C o h n , R . M . , M . Yu d k o f f ,R . R o t h m a n , a n dS . S e g a l .1 9 7 8 .I s o v a l e r i ca c i d e m i a :u s eo f g l y c i n et h e r a p yi n n e o n a t e s .N . E n g l .J .M e d .2 9 9 : 9 9 6 - 9 9 9 .

7 . R o e , C . R . , a n d T . P . B o h a n . 1 9 8 2 .L - c a r n i t i n et h e r a p yi np r o p i o n i ca c i d e m i a .L a n c e t .I :1 4 11 - 1 4 1 2 .

8 . R o e , C .R . ,C .L . H o p p e l ,T . E . S t a c e y,R .A .C h a l m e r s ,B .M .T r a c e y ,a n d D . S . M i l l i n g t o n .1 9 8 3 .M e t a b o l i cr e s p o n s et o c a rn i t i n e

i n m e t h y l m a l o n i ca c i d u r i a :a n e f f e c t i v es t r a t e g yf o re l i m i n a t i o no fp r o p i o n y lg r o u p s .A r c h .D i s .C h i l d .5 8 : 9 1 6 - 9 2 0 .

9 .R o e ,

C .R . ,

D . S .M i l l i n g t o n ,

C .L .H o p p e l ,

D . A.M a l t b y ,

a n dT . P . B o h a n . 1 9 8 4 .L - c a r n i t i n ee n h a n c e se x c r e t i o no f p r o p i o n y lCo Aa sp r o p i o n y l c a r n i t i n ei n p r o p i o n i ca c i d e m i a .J . C l i n .I n v e s t .7 3 : 1 7 8 5 -1 7 8 8 .

1 0 .R o e , C .R . ,D . S . M i l l i n g t o n ,D . A . M a l t b y ,a n d T . P . B o h a n .1 9 8 3 .S t a t u sa n d f u n c t i o no f L - c a r n i t i n ei n R e y e ' sS y n d r o m e( R S )a n dr e l a t e dm e t a b o l i cd i s o r d e r s .J . N a t .R e y e ' sS y n d r o m eF o u n d . 4 : 5 8 - 5 9 .

1 1 .S t a n l e y ,C .A . ,E . H a l e ,D . E . H . W h i t e m a n ,P . M . C o a t e s ,M .Yu d k o f f ,G . T . B e r r y ,a n d S .S e g a l .1 9 8 3 .S y s t e m i cc a r n i t i n ed e f i c i e n c yi n i s o v a l e r i ca c i d e m i a .P e d i a t r . R e s .1 7 : 2 9 6 A .

1 2 .B o h m e r ,T . ,a n d J . B r e m e r .1 9 5 8 .P r o p i o n y l c a r n i t in e , pl o g i c a lv a r i a t i o n si n v i v o .B i o c h i m .B i o p h y s .A c t a .1 5 2 : 5 5 9 - 5 6 7 .

1 3 . M i l l i n g t o n ,D . S . , C . R . R o e , a n d D . A . M a l t b y. 1 9 8 4 .A p p l i c a t i o no f h i g hr e s o l u t i o nf a s ta t o m b o m b a r d m e n ta n d c o n s t a n tB / E r a t i ol i n k e ds c a n n i n gt o t h ei d e n t i f i c a t i o na n d a n a l y s i so f a c y l c a r -n i t i n e si n m e t a b o l i cd i s e a s e .B i o m e d .M a s sS p e c t r o m .1 1 : 2 3 6 - 2 4 1 .

1 4 .B r a s s ,E .P . ,a n d C .L . H o p p e l .1 9 7 8 .C a r n i t i n em e t a b o l i s mi nt h ef a s t i n gr a t .J . B i o l .( B r o n x ,N Y ) . 2 53 : 2 6 88 - 26 9 3.

1 5 .Va l k n e r ,K . O . ,a n d L .L .B i e b e r .1 9 8 2 .S h o r tc h a i na c y l c a r n i t i n eo f h u m a nb l o o d a n d u r i n e .B i o c h e m .M e d .2 8 : 1 9 7 - 2 0 3 .

1 6 .B a r t l e t t ,K . ,a n d D . G o m p e r t z .1 9 7 4 .T h es p e c i f i c i t yo f g l y c i n e -N - a c y l a s ea n d a c y l g l y c i n ee x c r e t i o ni n t h eo r g a n i c a c i d e m i a s .B i o c h e m .M e d .1 0 : 1 5 - 2 3 .

1 7 .G a t t e y ,S . J . , a n d H . S . A . S h e r r a t t .1 9 7 7 .T h e s y n t h e s i so fh i p p u r a t ef r o mb e n z o a t ea n d g l y c i n ei nr a tl i v e rm i t o c h o n d r i a .B i o c h e m .J . 1 6 6 : 3 9 4 7 .

2 2 9 5 L - C a r n i t i n eT h e r a p yi n I s o v a l e r i cA c i d e m i a

l-carnitine therapy in isovaleric acidemia -j clin invest1984

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