az adenozin-deamináz (ADA) hiányának Szerencsés felfedezése két celluláris immunhiányos betegnél 1972-ben Dr. Eloise Giblett és munkatársai (1) új korszakot nyitottak az elsődleges immunhiányos rendellenességek alapjául szolgáló molekuláris mechanizmusok vizsgálatában. Ezenkívül ez a megállapítás új terápiák kifejlesztéséhez vezetett nemcsak az ADA-hiány, hanem más immunhiányos rendellenességek és bizonyos leukémiák esetében is. Az 1970-es évek elején számos elsődleges immunhiányos betegség, köztük a SCID, az X-hez kapcsolódó gamma-globulinémia és a Wiskott-Aldrich-szindróma jól ismert volt a gyermek immunológusok számára, és feltételezték, hogy az öröklési mintákon alapuló egyetlen génhiba okozza. Az e pusztító rendellenességekért felelős génhibák azonban ismeretlenek voltak. Azokban a napokban a súlyos immunhiányos betegségek egyetlen “gyógyítása” egy csontvelő-transzplantáció (BMT) volt egy hisztokompatibilis donortól. Abban az esetben, az egyik a két beteg által leírt Giblett et al., a családtagok rutinszerű HLA-tipizálása nem sikerült azonosítani a megfelelő donorokat. Így a beteg orvosai vérmintákat küldtek Dr. Giblettnek a King Country Central Vérbankba. Remélték, hogy az ADA enzim izozim mintáinak vizsgálatával megvilágíthatja a beteg családtagjai közötti kapcsolatokat. Nagy meglepetésére a keményítőgél-elektroforézis azt mutatta, hogy a beteg vörösvérsejtjei teljesen mentesek az ADA enzimaktivitástól! A szülők kimutatható, de csökkent ADA aktivitást mutattak, ami autoszomális recesszív öröklési módra utal. Ezt követően egy második, súlyos sejtes immunhiányos beteget vizsgáltak, és azt is megállapították, hogy ADA-hiányos. Ezek teljesen váratlan eredmények voltak, mivel nem volt elsőbbsége az ADA-hiánynak az emberekben, vagy az ADA-nak, amely fontos szerepet játszik az immunrendszer fejlődésében vagy működésében.
az ADA a purin mentési út része, amely magában foglalja a hipoxantin-guanin-foszforibozil-transzferáz (HPRT) enzimet. Ismert volt, hogy a HPRT gén mutációi okozzák a neurológiai rendellenességet Lesch-Nyhan szindróma és az ahhoz kapcsolódó köszvényes ízületi gyulladás (2), de ezt az utat nem tartották fontosnak az immunrendszer számára. Giblett és munkatársai azt javasolták, hogy a két betegnek ritka mutáns alléljai lehetnek az ADA gén számára. Alternatív megoldásként azt feltételezték, hogy lehet egy rövid kromoszóma deléciójuk, amely magában foglalja az ADA gént és egy közeli kritikus immunválasz gént. Mindkét esetben arra a következtetésre jutottak: “Mivel az ADA anenzimia és a sejtes immunitás örökletes betegségei rendkívül ritkák,két független betegben való együttélésük nagyon valószínűtlennek tűnik.”
az ADA-hiányos betegek testfolyadékaiban a purin metabolitok mérése az adenozin (3) emelkedett szintjét mutatta, amely az ADA két szubsztrátjának egyike. A kutatók gyorsan kimutatták, hogy az adenozin lassíthatja a limfoid sejtvonalak növekedését és az elsődleges limfociták mitogén indukálta proliferációját (3). 1975-ben Giblet és munkatársai egy izolált T-sejtes immunhiányos betegről számoltak be, akinek hiányzott a purin nukleozid-foszforiláz (PNP) (4) aktivitása, egy enzim, amely az ADA és a HPRT között helyezkedik el a purin mentési útvonalában, meggyőző bizonyítékot szolgáltatva a normális purin metabolizmus kritikus fontosságáról a működő immunrendszer szempontjából. Bár eredetileg arról számoltak be, hogy az ATP emelkedett az ADA-hiányos betegek Vörösvértestjeiben (5), Dr. Mary Sue Coleman és Amos Cohen laboratóriumaiban az érzékenyebb HPLC elválasztási rendszerek azt mutatták, hogy a dATP szint is emelkedett (6,7). Ez a megállapítás megerősítette Dr. Dennis Carson et al. (8) hogy a dezoxiadenozin, az ADA másik szubsztrátja, nem pedig az adenozin volt a toxikus metabolit ebben a betegségben. A későbbi kísérletek azt mutatták, hogy a csecsemőmirigyben a dezoxiadenozin először nedves, végül dATP-vé alakul át a dezoxinukleozid-kinázok magas szintje miatt. Valószínű patogén mechanizmus a datp által kiváltott citokróm C felszabadulás a mitokondriumokból, amely apoptotikus kaszkádot vált ki, ami a T-sejtek fejlődésének kudarcához vezet (9). Érdekes módon ennek az útnak a megértése új és sikeres kemoterápiás megközelítések kialakulásához vezetett a szőrös sejtes leukémia kezelésére (10).
mind az ADA, mind a PNP a test szinte minden sejtjében expresszálódik, és “háztartási” géneknek tekintették. Így az azonnali kérdés az volt, hogy az ADA-hiány hatásai miért összpontosítottak az immunrendszerre. Ez a purin metabolizáló enzimek expressziójának szisztematikus értékeléséhez vezetett a különböző emberi szövetekben, valamint annak felfedezéséhez, hogy az ADA-t nagyon magas szinten találták a csecsemőmirigyben, ami arra utal, hogy ez a szerv kifejlesztett egy mechanizmust az ADA szubsztrátok felhalmozódásának megakadályozására. Erre azért van szükség, mert a szelekciós események következtében a csecsemőmirigyben a sejthalál magas aránya olyan DNS-forrást biztosít, amely dezoxiadenozinná degradálódik. Ez a dezoxinukleozid-kinázok magas szintjével párosulva megmagyarázza, hogy az ADA-hiányos betegek csecsemőmirigyében miért halmozódik fel ilyen magas dATP-szint (8).
a SCID-ben szenvedő betegeknek adott normál szupportív terápia mellett az ADA-hiányos betegeket kezdetben csomagolt vörösvértest-transzfúzióval kezelték egyfajta “enzimpótló” terápiaként (5). Ennek eredményeként sok beteg szignifikáns javulást mutatott az immunfunkcióban, különösen azoknál, akiknek maradék ADA enzimaktivitása volt. Ezen betegek kezelésében az áttörést az Enzon biotechnológiai cég polietilénglikollal (PEG) módosított szarvasmarha-ADA kifejlesztése jelentette. A PEG-ADA (Adagen) volt az első FDA által jóváhagyott PEG-módosított fehérje gyógyszer. Az ADA-hiányos betegek terápiájaként Dr. Michael Hershfield támogatta a Duke – ban (11). Sok olyan beteg, aki nem rendelkezik megfelelő csontvelő donorral, képes volt ésszerűen normális életet élni a PEG-ADA-kezelés eredményeként. Ma már számos fehérje alapú gyógyszer van a piacon, amelyeket a pegiláció módosít a stabilitás javítása és az immunogenitás csökkentése érdekében. Ezek közé tartozik a leukémia kezelésére szolgáló Neulasta (Amgen), a krónikus hepatitis C kezelésére szolgáló interferon-XHamster, valamint a refrakter köszvény kezelésére szolgáló urikáz (12).
az ADA-hiány szintén kiemelkedő szerepet játszott a génterápia fejlődésében. Ez volt a tökéletes betegség ezen a fiatal területen. Már ismert volt, hogy a SCID-ben szenvedő betegeket egy BMT-vel lehet gyógyítani egy hisztokompatibilis donortól. Az is ismert volt, hogy a normál ADA enzimaktivitásnak csak 10-12% – ával rendelkező betegek immunrendszere normális volt (13). Így logikus volt megjósolni, hogy a géntechnológiával módosított csontvelősejtekkel rendelkező autológ BMT terápiás értékű lesz, még akkor is, ha a génexpresszió normális szintjét nem lehet elérni. A kezdeti kísérletek azonban sikertelenek voltak, mivel a géntechnológiával módosított sejtek kis számát a transzplantáció után nem tartották fenn (14). Mindazonáltal ez a megközelítés sikeres volt az X-kapcsolt SCID-ben szenvedő betegeknél, mivel a géntechnológiával módosított sejtek szelektív előnyt élveztek, és végül túlnőtték a fennmaradó módosítatlan sejteket (15). Ez a felismerés ahhoz a hipotézishez vezetett, hogy az ADA-hiány génterápiája sikertelen volt, mert a betegeket a PEG-ADA-n tartották, mint egyfajta ellátási színvonalat. Ez a kezelés megszüntette azt a szelektív előnyt, amelyet az ADA-génnel korrigált sejtek élveznének egy egyébként ADA-hiányos gazdaszervezetben. Valójában, amikor a kezelési protokollokat módosították a PEG-ADA eltávolítása érdekében, ennek a rendellenességnek a génterápiája sikeres volt, bár általában egy vagy több évbe telt, amíg a génnel korrigált T-sejtek száma elérte a maximális szintet (16).
mint sok emberi betegség esetében, az immunológusok egérmodelleket fejlesztettek ki annak érdekében, hogy kísérleti rendszert hozzanak létre, ahol az ADA-hiány következményeit tanulmányozhatják és új kezelési stratégiákat értékelhetnek. Az ADA-hiányos egereket előállító kutatók nagy meglepetésére ezek az egerek a közvetlen perinatális időszakban haltak meg-nem immunhiány, hanem májelégtelenség miatt (17,18). A halál idején az ADA-hiány hatása a csecsemőmirigy fejlődésére viszonylag szerény volt. Ennek a problémának a megkerülésére kifejlesztettek egy egér törzset, amely globálisan ADA-hiányos volt, kivéve azt, amelyet placenta-specifikus promóterrel szabályoztak (19). Így a magzati fejlődés során ADA-val rendelkeztek, és csak a születés után váltak ADA-hiányossá. Meglepő módon normális májfunkciójuk volt, ami azt mutatja, hogy ada-ra volt szükség a májban a magzati fejlődés során, de ezt követően nem. Ugyanilyen meglepő, hogy ezek az egerek körülbelül 3 hetes légzési elégtelenségben haltak meg (20). A Peg-Adán azonban határozatlan ideig fenn lehet tartani őket. Amikor nem volt optimális, immunhiány alakult ki az eredetileg várt módon (21). Ezek az egerek hasznosnak bizonyultak az ADA-hiányos SCID mechanizmusainak vizsgálatához (9). Ezenkívül az adenozin felhalmozódása miatt ezek az állatok biológiai szűrőként szolgáltak az aberráns adenozin receptor jelátvitelhez kapcsolódó rendellenességek számára (22). Az elmúlt húsz évben egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy az adenozin a fiziológia számos fontos aspektusát szabályozza négy különálló, hét transzmembránon átívelő G-fehérjéhez kapcsolt adenozin receptorhoz való kötődés révén (23). Bár az adenozin általában immunszuppresszív és gyulladáscsökkentő, az ADA-hiányos egerekben végzett munka segített feltárni az adenozin új szerepét a krónikus betegségek, köztük az asztma, a krónikus obstruktív tüdőbetegség és a tüdőfibrózis progressziójának elősegítésében (22). Ezenkívül ezek az egerek segítettek meghatározni az adenozin jelátvitel új szerepét a sarlósejtes betegség bizonyos megnyilvánulásaiban (24).
összefoglalva, az ADA-hiány mint SCID okának felfedezése több okból is úttörő volt. Először is ez volt az első immunhiányos betegség, amelyre a molekuláris hibát azonosították, lehetővé téve mind a pre -, mind a posztnatális molekuláris diagnózist. Másodszor, hangsúlyozta a normális purin anyagcsere fontosságát az immunrendszer fejlődésében. Az ADA-hiányos SCID mechanizmusainak megértése ADA inhibitorok és dezoxiadenozin analógok kialakulásához vezetett a szőrös sejtes leukémia kezelésére (10). A PEG-ADA lett az első PEG-módosított fehérje, amelyet terápiaként használtak, és megnyitotta az ajtót további PEG-módosított fehérjék kifejlesztéséhez, amelyek ma széles körű klinikai használatban vannak. Az ADA-hiány volt az első örökletes betegség, amelyet génterápiával kezeltek. Végül az ADA-hiányos egerek felbecsülhetetlen értékű eszközzé váltak az adenozin receptor jelátvitel tanulmányozásában krónikus tüdőbetegségekben és sarlósejtes betegségekben. Így az ADA-hiány vizsgálatának története, amelyet az ADA sávok megdöbbentő hiánya indított Eloise Giblett keményítőgélén, szemlélteti a tudomány és az orvostudomány váratlan felfedezéseinek lehetséges hatását, valamint a ritka betegségekben szenvedő betegek vizsgálatából származó váratlan jutalmakat.