DNA damage induced by phenylalanine and its analogue p-chlorophenylalanine in blood and brain of rats subjected to a model of hyperphenylalaninemia

Phenylketonuria (PKU) is a disease caused by a deficiency of phenylalanine hydroxylase (PAH), resulting in an accumulation of phenylalanine (Phe) in the brain tissue, cerebrospinal fluid, and other tissues of PKU patients. Considering that high levels of Phe are associated with neurological dysfunction and that the mechanisms underlying the neurotoxicity in PKU remain poorly understood, the main objective of this study was to investigate the in vivo and in vitro effects of Phe on DNA damage, as determined by the alkaline comet assay. The results showed that, compared to control group, the levels of DNA migration were significantly greater after acute administration of Phe, p-chlorophenylalanine (p-Cl-Phe, an inhibitor of PAH), or a combination thereof in cerebral cortex and blood, indicating DNA damage. These treatments also provoked increase of carbonyl content. Additionally, when Phe or p-Cl-Phe was present in the incubation medium, we observed an increase in the frequency and index of DNA damage in the cerebral cortex and blood, without affecting lactate dehydrogenase (LDH) release. Our in vitro and in vivo findings indicate that DNA damage occurs in the cerebral cortex and blood of rats receiving Phe, suggesting that this mechanism could be, at least in part, responsible for the neurological dysfunction in PKU patients.

La phénylcétonurie (PCU) est une la maladie causée par une déficience en phénylalanine hydroxylase (PAH) qui résulte en une accumulation de phénylalanine (Phe) dans le tissu cérébral, le liquide céphalorachidien et dans d’autres tissus chez les patients qui en sont atteints. Puisque des niveaux élevés de Phe sont associés à une dysfonction neurologique et que les mécanismes qui sous-tendent la neurotoxicité dans la PCU demeurent peu compris, l’objectif principal de cette étude était d’examiner les effets de la Phe sur le dommage à l’ADN in vivo et in vitro, en utilisant la version alcaline du dosage COMET. Les résultats ont montré que, comparativement au groupe contrôle, les niveaux de migration d’ADN étaient significativement supérieurs dans le cortex cérébral et le sang après une administration aigue de Phe, de p-chlorophénylalanine (p-Cl-Phe, un inhibiteur de la PAH) ou d’une combinaison des deux, indiquant la présence de dommages à l’ADN. Ces traitements provoquaient aussi une augmentation du contenu en carbonyles. De plus, lorsque la Phe ou la p-Cl-Phe étaient présentes dans le milieu d’incubation, une augmentation de la fréquence et de l’indice du dommage à l’ADN était observée dans le cortex cérébral et le sang, sans que la libération de lactate déshydrogénase (LDH) ne soit affectée. Les résultats actuels des expériences réalisées in vivo et in vitro indiquent qu’un dommage à l’ADN survient dans le cortex cérébral et le sang des rats ayant reçu de la Phe, ce qui suggère que ce mécanisme pourrait être, au moins en partie, responsable de la dysfonction neurologique observée chez les patients atteints de PCU. [Traduit par la Rédaction]