den serendipitøse opdagelse af adenosindeaminase (ADA) – mangel hos to patienter med cellulær immunmangel i 1972 af Dr. Eloise Giblett og kolleger (1) indledte en ny æra i undersøgelsen af de molekylære mekanismer, der ligger til grund for primære immundefektforstyrrelser. Derudover førte dette fund til den eventuelle udvikling af nye terapier ikke kun for ADA-mangel, men også for andre immundefektforstyrrelser og visse leukæmier. I begyndelsen af 1970 ‘ erne var flere primære immundefektsygdomme, herunder SCID, GAMMAGLOBULINÆMI og Aldrich syndrom, velkendte for pædiatriske immunologer og formodes at være forårsaget af enkeltgenfejl baseret på arvemønstre. De gendefekter, der var ansvarlige for disse ødelæggende lidelser, var imidlertid ukendte. I disse dage var den eneste” kur ” for alvorlige immundefektsygdomme en knoglemarvstransplantation (BMT) fra en histokompatibel donor. I tilfælde af en af de to patienter beskrevet af Giblett et al., rutinemæssig HLA-typning af familiemedlemmer kunne ikke identificere egnede donorer. Således sendte patientens læger blodprøver til Dr. Giblett ved King Country Central Blood Bank. Man håbede, at hun kunne kaste lys over forholdet mellem patientens familiemedlemmer ved at undersøge isosymmønstre for ADA. Meget til hendes overraskelse viste stivelsesgelelektroforese, at patientens røde blodlegemer var fuldstændig blottet for ADA-aktivitet! Forældrene viste påviselig, men reduceret ADA-aktivitet, hvilket tyder på en autosomal recessiv arvemåde. Derefter blev en anden patient med svær cellulær immunmangel undersøgt og viste sig også at være ADA-mangelfuld. Dette var helt uventede fund, da der ikke var nogen forrang for ADA-mangel hos mennesker eller for ADA, der spillede en vigtig rolle i hverken udvikling eller funktion af immunsystemet.det er en af de mest almindelige årsager til, at en person er i stand til at blive smittet. Mutationer i HPRT-genet var kendt for at forårsage den neurologiske lidelse Lesch-Nyhan syndrom og dets tilknyttede gigtartrit (2), men denne vej blev ikke anset for at være vigtig for immunsystemet. Giblett og kolleger foreslog, at de to patienter kunne have sjældne mutante alleler til ADA-genet. Alternativt blev det spekuleret i, at de muligvis har en kort kromosomal deletion, der omfatter ADA-genet og et nærliggende kritisk immunresponsgen. I begge tilfælde konkluderede de: “Da ADA og de arvelige sygdomme i cellulær immunitet er ekstremt sjældne, synes deres sameksistens hos to ikke-relaterede patienter meget usandsynligt at være tilfældig.”

målinger af purinmetabolitter i kropsvæsker hos ADA-mangelfulde patienter viste forhøjede niveauer af adenosin (3), et af de to substrater for ADA. Efterforskere viste hurtigt, at adenosin kunne bremse væksten af lymfoide cellelinjer og den mitogeninducerede proliferation af primære lymfocytter (3). I 1975 rapporterede Giblet og kolleger en patient med en isoleret t-celleimmundefekt, der manglede aktivitet af purinnukleosid phosphorylase (PNP) (4), et ferment beliggende mellem ADA og HPRT i purin bjærgningsvejen, hvilket gav overbevisende bevis for den kritiske betydning af normal purinmetabolisme for et fungerende immunsystem. Selvom det oprindeligt blev rapporteret, at ATP var forhøjet i RBC ‘ erne hos ADA-mangelfulde patienter (5), afslørede mere følsomme HPLC-separationsordninger i laboratorierne hos Drs. Mary Sue Coleman og Amos Cohen, at dATP-niveauer også var forhøjet (6,7). Dette fund bekræftede en tidligere spekulation af Dr .. Dennis Carson et al. (8) at deoksyadenosin, det andet substrat af ADA, snarere end adenosin, var den toksiske metabolit i denne sygdom. Efterfølgende forsøg viste, at deoksyadenosin omdannes først til fugt og endelig til dATP af de høje niveauer af deoksynukleosid kinaser i thymus. En sandsynlig patogen mekanisme er dATP-udløst cytokrom C-frigivelse fra mitokondrier, som udløser en apoptotisk kaskade, hvilket fører til svigt i T-celleudvikling (9). Interessant nok førte en forståelse af denne vej til udviklingen af nye og vellykkede kemoterapeutiske tilgange til behandling af hårcelleleukæmi (10).

både ADA og PNP udtrykkes i stort set alle celler i kroppen og var blevet betragtet som “husholdnings” gener. Således var et øjeblikkeligt spørgsmål, Hvorfor virkningerne af ADA-mangel var fokuseret på immunsystemet. Dette førte til en systematisk evaluering af ekspressionen af purinmetaboliserende stoffer i forskellige humane væv og til opdagelsen af, at ADA blev fundet på meget høje niveauer i thymus, hvilket antydede, at dette organ havde udviklet en mekanisme til at forhindre opbygning af ADA-substrater. Dette er nødvendigt, fordi den høje celledød i thymus sekundært til selektionshændelser giver en kilde til DNA, der nedbrydes til deoksyadenosin. Dette, kombineret med høje niveauer af deoksynukleosidkinaser, forklarer, hvorfor thymus hos ADA-mangelfulde patienter akkumulerer så høje niveauer af dATP (8).

ud over den normale understøttende behandling, der blev givet til patienter med SCID, blev Ada-mangelfulde patienter oprindeligt behandlet med pakkede RBC-transfusioner som en slags “erstatningsterapi” (5). Mange patienter viste signifikant forbedring af immunfunktionen som et resultat, især dem med resterende ADA-aktivitet. Gennembrudet i behandlingen af disse patienter kom med udviklingen af polyethylenglycol (PEG)-modificeret bovin ADA af biotekfirmaet Enson. PEG-ADA (Adagen) var det første FDA-godkendte PEG-modificerede proteinlægemiddel. Dens anvendelse som terapi til ADA-mangelfulde patienter blev forkæmpet af Dr. Michael Hershfield ved Duke (11). Mange patienter, der ikke har egnede knoglemarvsdonorer, har været i stand til at leve et rimeligt normalt liv som følge af behandling med PEG-ADA. I dag er der en række proteinbaserede lægemidler på markedet, der modificeres ved pegylering for at forbedre stabiliteten og mindske immunogeniciteten. Disse omfatter Neulasta (Amgen) til behandling af leukæmi, interferon-Ruri til behandling af kronisk hepatitis C og uricase til behandling af ildfast gigt (12).

ADA-mangel spillede også en fremtrædende rolle i udviklingen af genterapi. Det var den perfekte sygdom for dette nye felt. Det var allerede kendt, at patienter med SCID kunne helbredes af en BMT fra en histokompatibel donor. Det var også kendt, at patienter med kun 10-12% af den normale ADA-aktivitet havde normale immunsystemer (13). Det var således logisk at forudsige, at autolog BMT med genetisk modificerede knoglemarvsceller ville have terapeutisk værdi, selvom normale niveauer af genekspression ikke kunne nås. De første forsøg mislykkedes imidlertid, fordi det lille antal genetisk modificerede celler ikke blev opretholdt efter transplantationen (14). Ikke desto mindre var denne fremgangsmåde vellykket hos patienter med Røntgenforbundet SCID, fordi de genetisk modificerede celler havde en selektiv fordel og til sidst overgroede de resterende umodificerede celler (15). Denne erkendelse førte til hypotesen om, at genterapi for ADA-mangel ikke lykkedes, fordi patienter blev opretholdt på PEG-ADA som en slags standard for pleje. Denne behandling fjernede den selektive fordel, som ADA-genkorrigerede celler ville have i en ellers ADA-mangelfuld vært. Faktisk, da behandlingsprotokollerne blev modificeret til at fjerne PEG-ADA, var genterapi for denne lidelse vellykket, selvom det normalt tog et år eller mere for antallet af genkorrigerede T-celler at nå maksimale niveauer (16).

som med mange menneskelige sygdomme udviklede immunologer musemodeller for at få et eksperimentelt system, hvor konsekvenserne af ADA-mangel kunne undersøges og nye behandlingsstrategier evalueres. Til stor overraskelse for efterforskerne, der lavede ada-mangelfulde mus, døde disse mus i den umiddelbare perinatale periode – ikke af immundefekt, men af leversvigt (17,18). På dødstidspunktet var effekten af ADA-mangel på thymusudvikling relativt beskeden. For at omgå dette problem blev der udviklet en stamme af mus, der var globalt ADA-mangelfuld bortset fra den, der kontrolleres med en placentaspecifik promotor (19). Således havde de ADA under fosterudvikling og blev ADA-mangelfuld først efter fødslen. Overraskende havde de normal leverfunktion, hvilket viste, at ADA var nødvendig i leveren under fostrets udvikling, men ikke derefter. Lige overraskende døde disse mus omkring 3 ugers alder af respirationssvigt (20). De kunne dog opretholdes på PEG-ADA på ubestemt tid. Da det var suboptimalt, udviklede de immundefekt som oprindeligt forventet (21). Disse mus har vist sig nyttige til at undersøge mekanismerne for ADA-mangelfuld SCID (9). På grund af akkumuleringen af adenosin har disse dyr desuden tjent som en biologisk skærm for lidelser forbundet med afvigende adenosinreceptorsignalering (22). I de sidste tyve år er det blevet mere og mere tydeligt, at adenosin regulerer mange vigtige aspekter af fysiologi gennem binding til fire forskellige, syv-transmembran-spændende G-proteinkoblede adenosinreceptorer (23). Selvom adenosin normalt er immunsuppressiv og antiinflammatorisk, hjalp arbejde med ADA-mangelfulde mus med at afdække nye roller for adenosin til at fremme udviklingen af kroniske sygdomme, herunder astma, kronisk obstruktiv lungesygdom og lungefibrose (22). Derudover hjalp disse mus med at definere en ny rolle for adenosinsignalering i visse manifestationer af seglcellesygdom (24).

Som konklusion var opdagelsen af ADA-mangel som årsag til SCID banebrydende af flere grunde. For det første var det den første immundefektsygdom, for hvilken den molekylære defekt blev identificeret, hvilket gjorde det muligt at stille en molekylær diagnose både før og postnatalt. For det andet understregede det betydningen af normal purinmetabolisme for udviklingen af immunsystemet. Forståelse af mekanismerne for ADA-mangelfuld SCID førte til udviklingen af Ada-hæmmere og deoksyadenosinanaloger til behandling af hårcelleleukæmi (10). PEG-ADA blev det første PEG-modificerede protein, der blev brugt som terapeutisk og åbnede døren til udvikling af yderligere PEG-modificerede proteiner, der er i bred klinisk anvendelse i dag. ADA-mangel var den første arvelige sygdom, der blev behandlet ved genterapi. Endelig blev Ada-mangelfulde mus et uvurderligt redskab til undersøgelse af adenosinreceptorsignalering ved kroniske lungesygdomme og seglcellesygdom. Historien om undersøgelser af ADA-mangel initieret af det overraskende fravær af ADA-bånd på Eloise Giblett ‘ s stivelsesgel illustrerer således den potentielle virkning af serendipitøse opdagelser inden for videnskab og medicin og de uventede belønninger, der kan opstå ved undersøgelsen af patienter med sjældne sygdomme.