serendipitous objev adenosin deaminázy (ADA) deficit u dvou pacientů s celulární imunodeficiencí v roce 1972 Dr. Eloise Giblett a kolegové (1) ohlašoval novou éru ve vyšetřování molekulární mechanizmy primárních imunodeficiencí poruchy. Kromě toho toto zjištění vedlo k eventuálnímu vývoji nových terapií nejen pro nedostatek ADA, ale také pro jiné poruchy imunodeficience a určité leukémie. V brzy 1970, několik primárních imunodeficiencí onemocnění, včetně SCID, X-vázaná gama globulinemia, a Wiskott-Aldrich Syndrom, byly dobře známé dětské imunologů a předpokládá se, způsobených jediným genu vady na základě vzorců dědictví. Genové defekty zodpovědné za tyto ničivé poruchy však nebyly známy. V těchto dnech byla jedinou „léčbou“ závažných onemocnění imunodeficience transplantace kostní dřeně (BMT) od histokompatibilního dárce. V případě jednoho ze dvou pacientů popsaných Giblettem a kol., rutinní typizace členů rodiny hla nedokázala identifikovat vhodné dárce. Lékaři pacienta proto poslali vzorky krve Dr. Giblettovi v centrální krevní bance King Country. Doufalo se, že by mohla osvětlit vztahy mezi rodinnými příslušníky pacienta zkoumáním vzorců isozymu pro enzym ADA. K jejímu překvapení elektroforéza škrobového gelu ukázala, že červené krvinky pacienta zcela postrádaly aktivitu enzymu ADA! Rodiče vykazovali detekovatelnou, ale sníženou aktivitu ADA, což naznačuje autozomálně recesivní způsob dědičnosti. Následně byl studován druhý pacient se závažnou buněčnou imunodeficiencí a bylo také zjištěno, že je deficitní ADA. Jednalo se o zcela neočekávané nálezy, protože neexistovala žádná přednost pro nedostatek ADA u lidí nebo pro ADA hrající důležitou roli ve vývoji nebo funkci imunitního systému.

ADA je součástí purinové záchranné cesty, která zahrnuje enzym hypoxanthin-guanin fosforibosyltransferázu (HPRT). Mutací v HPRT genu byly známo, že způsobují neurologické poruchy Lesch-Nyhan a jeho přidružené dnavé artritidy (2), ale tato cesta není myšlenka být důležité pro imunitní systém. Giblett a jeho kolegové navrhli, že tito dva pacienti mohou mít vzácné mutantní alely pro Gen ADA. Alternativně se spekulovalo, že mohou mít krátkou chromozomální deleci zahrnující Gen ADA a blízký Gen kritické imunitní odpovědi. V obou případech, dospěli k závěru: „Protože anenzymie ADA a dědičná onemocnění buněčné imunity jsou extrémně vzácná, zdá se, že jejich koexistence u dvou nesouvisejících pacientů je velmi nepravděpodobná.“

měření purinových metabolitů v tělesných tekutinách pacientů s deficitem ADA prokázalo zvýšené hladiny adenosinu (3), jednoho ze dvou substrátů pro ADA. Vyšetřovatelé rychle ukázali, že adenosin může zpomalit růst lymfoidních buněčných linií a mitogenem indukovanou proliferaci primárních lymfocytů (3). V roce 1975, Drůbeží a kolegové uvádí, že pacient s izolovaným T buněčné imunodeficience, který postrádal činnost purinových nukleosidů phosphorylase (PNP) (4), enzymu, který se nachází mezi ADA a HPRT u purinových salvage pathway, poskytuje přesvědčivé důkazy pro rozhodující význam normálního metabolismu purinů pro fungování imunitního systému. I když původně bylo oznámeno, že ATP byl povýšen v červených krvinkách ADA-deficientních pacientů (5), více citlivé HPLC separační systémy v laboratořích Dr. Mary Sue Coleman a Amos Cohen ukázal, že dATP byly hladiny zvýšené (6,7). Toto zjištění potvrdilo dřívější spekulace Dr. Dennis Carson et al. (8) že deoxyadenosin, druhý substrát ADA, spíše než adenosin, byl toxickým metabolitem tohoto onemocnění. Následné experimenty ukázaly, že deoxyadenosin je přeměněn nejprve na vlhký a nakonec na dATP vysokými hladinami deoxynukleosid kináz v brzlíku. Pravděpodobným patogenním mechanismem je uvolňování cytochromu c vyvolané dATP z mitochondrií, které spouští apoptotickou kaskádu, což vede k selhání vývoje T buněk (9). Zajímavé je, že pochopení této cesty vedlo k vývoji nových a úspěšných chemoterapeutických přístupů k léčbě leukémie vlasatých buněk (10).

ADA i PNP jsou exprimovány prakticky v každé buňce v těle a byly považovány za“ úklidové “ geny. Okamžitou Otázkou tedy bylo, proč byly účinky nedostatku ADA zaměřeny na imunitní systém. To vedlo k systematickému hodnocení projevu purinových metabolizující enzymy v různých lidských tkáních a k objevu, že ADA byl nalezen na velmi vysoké úrovni v brzlíku, což naznačuje, že tento orgán se vyvinul mechanismus, aby se zabránilo nahromadění ADA substráty. To je nutné, protože vysoká míra smrt buněk v brzlíku sekundární výběr událostí poskytuje zdroj DNA, který je degradován na deoxyadenosin. To spolu s vysokými hladinami deoxynukleosid kináz vysvětluje, proč brzlík pacientů s deficitem ADA akumuluje tak vysoké hladiny dATP (8).

kromě normální podpůrné léčby podávané pacientům se SCID byli pacienti s deficitem ADA zpočátku léčeni balenými transfuzemi RBC jako druh „enzymatické substituční“ terapie (5). Mnoho pacientů vykázalo v důsledku toho významné zlepšení imunitní funkce, zejména u pacientů se zbytkovou aktivitou enzymu ADA. Průlom v léčbě těchto pacientů přišel s vývojem polyethylenglykolu (PEG) modifikovaného skotu ada biotechnologickou společností Enzon. PEG-ADA (Adagen) byl prvním FDA schváleným proteinovým lékem modifikovaným PEG. Jeho použití jako terapie pro pacienty s nedostatkem ADA prosazoval Dr. Michael Hershfield v Duke (11). Mnoho pacientů, kteří nemají vhodné dárce kostní dřeně, bylo v důsledku léčby PEG-ADA schopno vést přiměřeně normální život. Dnes existuje na trhu řada léků na bázi bílkovin, které jsou modifikovány pegylací, aby se zlepšila stabilita a snížila imunogenicita. Mezi ně patří Neulasta (Amgen) pro léčbu leukémie, interferon β pro léčbu chronické hepatitidy C, a uricase pro léčbu refrakterní dny (12).

nedostatek ADA také hrál významnou roli ve vývoji genové terapie. Byla to perfektní nemoc pro toto rodící se pole. Již bylo známo, že pacienti s SCID mohou být vyléčeni BMT od histokompatibilního dárce. Bylo také známo, že pacienti s pouze 10-12% normální aktivity enzymu ADA měli normální imunitní systém (13). Bylo tedy logické předpovědět, že autologní BMT s geneticky modifikovanými buňkami kostní dřeně bude mít terapeutickou hodnotu, i když by nebylo možné dosáhnout normálních hladin genové exprese. Počáteční pokusy však byly neúspěšné, protože malý počet geneticky modifikovaných buněk nebyl po transplantaci zachován (14). Nicméně, tento přístup byl úspěšný u pacientů s X-linked SCID, protože geneticky modifikovaných buněk se selektivní výhodu a nakonec přerostl zbývající nemodifikované buňky (15). Tato realizace vedla k hypotéze, že genová terapie pro nedostatek ADA byla neúspěšná, protože pacienti byli udržováni na PEG-ADA jako jakýsi standard péče. Tato léčba odstranila selektivní výhodu, kterou by buňky korigované genem ADA měly v hostiteli s jinak nedostatkem ADA. Když byly léčebné protokoly upraveny tak, aby odstranily PEG-ADA, genová terapie pro tuto poruchu byla úspěšná, i když obvykle trvalo rok nebo déle, než počet genově korigovaných T buněk dosáhl maximálních hladin (16).

stejně jako u mnoha lidských onemocnění vyvinuli imunologové myší modely, aby měli experimentální systém, kde by bylo možné studovat důsledky nedostatku ADA a hodnotit nové léčebné strategie. K velkému překvapení vyšetřovatelů, kteří provedena ADA-deficientní myši, tato myš, která zemřela v bezprostřední perinatální období – ne imunity, ale na selhání jater (17,18). V době smrti byl účinek nedostatku ADA na vývoj brzlíku relativně skromný. Abychom tento problém vyřešili, byl vyvinut kmen myší, který byl globálně nedostatečný ADA, s výjimkou toho, který byl kontrolován promotorem specifickým pro placentu (19). Měli tedy ADA během vývoje plodu a stali se nedostatkem ADA až po narození. Překvapivě měli normální funkci jater, což ukazuje, že ADA byla potřebná v játrech během vývoje plodu, ale ne poté. Stejně překvapivé jsou, že tyto myši zemřely ve věku asi 3 týdnů respiračního selhání (20). Mohly by však být udržovány na PEG-ADA donekonečna. Když to bylo suboptimální, vyvinuli imunodeficienci, jak se původně očekávalo (21). Tyto myši se ukázaly jako užitečné pro zkoumání mechanismů SCID s deficitem ADA (9). Navíc v důsledku akumulace adenosinu tato zvířata sloužila jako biologická obrazovka pro poruchy spojené se signalizací aberantního adenosinového receptoru (22). V posledních dvaceti letech, je stále více zřejmé, že adenosin reguluje mnoho důležitých aspektů fyziologie prostřednictvím vazby na čtyři odlišné, sedm transmembránových-klenout G-protein vázané receptory adenosinu (23). I když adenosin je obvykle imunosupresivní a protizánětlivé, práce v ADA-deficientní myši pomohl odhalit románu role adenosinu v podpoře progresi chronických onemocnění, včetně astma, chronická obstrukční plicní nemoc a plicní fibróza (22). Kromě toho tyto myši pomohly definovat novou roli pro signalizaci adenosinu v určitých projevech srpkovité choroby (24).

Závěrem lze říci, že objev nedostatku ADA jako příčiny SCID byl průlomový z několika důvodů. Nejprve to bylo první onemocnění imunodeficience, pro které byl identifikován molekulární defekt, což umožnilo provést molekulární diagnostiku jak prenatálně, tak postnatálně. Za druhé, zdůraznil význam normálního metabolismu purinů pro vývoj imunitního systému. Pochopení mechanismů SCID s deficitem ADA vedlo k vývoji inhibitorů Ada a analogů deoxyadenosinu pro léčbu leukémie vlasatých buněk (10). PEG-ADA se stal prvním proteinem modifikovaným PEG, který byl použit jako terapeutický přípravek, a otevřel dveře pro vývoj dalších proteinů modifikovaných PEG, které jsou dnes v širokém klinickém použití. Nedostatek ADA byl prvním dědičným onemocněním, které bylo léčeno genovou terapií. Nakonec se myši s deficitem ADA staly neocenitelným nástrojem pro studium signalizace adenosinového receptoru u chronických plicních onemocnění a srpkovitých buněk. Tak, historie vyšetřování ADA-deficience iniciovala zarážející absence ADA kapely na Eloise Giblett je škrob gel, ilustruje potenciální dopad, náhodné objevy v oblasti vědy a lékařství a neočekávané odměny, které mohou vzniknout ze studie pacientů se vzácným onemocněním.