szczęśliwe odkrycie niedoboru deaminazy adenozyny (ADA) u dwóch pacjentów z komórkowym niedoborem odporności w 1972 r.przez dr Eloise Giblett i współpracowników (1) zapoczątkowało nową erę w badaniu mechanizmów molekularnych leżących u podstaw pierwotnych zaburzeń niedoboru odporności. Ponadto odkrycie to doprowadziło do ostatecznego opracowania nowych terapii nie tylko w przypadku niedoboru ADA, ale także w przypadku innych zaburzeń niedoboru odporności i niektórych białaczek. We wczesnych latach 70-tych kilka podstawowych chorób z niedoborem odporności, w tym SCID, X-linked a gamma globulinemia i zespół Wiskotta-Aldricha, były dobrze znane immunologom dziecięcym i przypuszczalnie spowodowane przez pojedyncze defekty genów oparte na wzorcach dziedziczenia. Jednak wady genu odpowiedzialne za te niszczycielskie zaburzenia były nieznane. W tamtych czasach jedynym „lekarstwem” na ciężkie choroby niedoboru odporności był przeszczep szpiku kostnego (BMT) od zgodnego histologicznie dawcy. W przypadku jednego z dwóch pacjentów opisanych przez Giblett i wsp., rutynowe typowanie HLA członków rodziny nie pozwoliło zidentyfikować odpowiednich dawców. W ten sposób lekarze wysłali próbki krwi do doktora Gibletta z banku krwi King Country. Miała nadzieję, że mogłaby rzucić światło na relacje między członkami rodziny pacjenta, badając wzorce izoenzymów dla enzymu ADA. Ku jej zaskoczeniu elektroforeza skrobiowego żelu wskazała, że czerwone krwinki pacjenta były całkowicie pozbawione aktywności enzymu ADA! Rodzice wykazywali wykrywalną, ale zmniejszoną aktywność ADA, co sugeruje autosomalny recesywny sposób dziedziczenia. Następnie zbadano drugiego pacjenta z ciężkim komórkowym niedoborem odporności i stwierdzono również niedobór ADA. Były to całkowicie nieoczekiwane wyniki, ponieważ nie było żadnego pierwszeństwa w przypadku niedoboru ADA u ludzi ani w przypadku ADA odgrywającego ważną rolę w rozwoju lub funkcjonowaniu układu odpornościowego.

ADA jest częścią szlaku purynowego, który obejmuje enzym fosforybozylotransferazę hipoksantynowo-guaninową (HPRT). Mutacje w genie HPRT powodowały zaburzenia neurologiczne zespół Lescha-Nyhana i związane z nim dnawe zapalenie stawów (2), ale uważano, że ten szlak nie jest ważny dla układu odpornościowego. Giblett i współpracownicy zaproponowali, że u obu pacjentów mogą występować rzadkie zmutowane allele genu ADA. Alternatywnie spekulowano, że mogą mieć krótką delecję chromosomową obejmującą Gen ADA i pobliski Gen krytycznej odpowiedzi immunologicznej. W obu przypadkach doszli do wniosku, że: „Ponieważ anenzymia ADA i dziedziczne choroby odporności komórkowej są niezwykle rzadkie, ich współistnienie u dwóch niepowiązanych ze sobą pacjentów wydaje się mało prawdopodobne, aby było przypadkowe.”

pomiary metabolitów purynowych w płynach ustrojowych pacjentów z niedoborem ADA wykazały podwyższony poziom adenozyny (3), jednego z dwóch substratów ADA. Badacze szybko wykazali, że adenozyna może spowolnić wzrost linii komórek limfatycznych i indukowaną mitogenem proliferację pierwotnych limfocytów (3). W 1975 roku Giblet i współpracownicy zgłosili pacjenta z wyizolowanym niedoborem odporności komórek T, któremu brakowało aktywności fosforylazy nukleozydów purynowych (PNP) (4), enzymu położonego między ADA i HPRT w szlaku ratowniczym puryn, dostarczając przekonujących dowodów na krytyczne znaczenie prawidłowego metabolizmu puryn dla funkcjonowania układu odpornościowego. Chociaż pierwotnie donoszono, że ATP był podwyższony w RBC u pacjentów z niedoborem ADA (5), bardziej czułe Schematy separacji HPLC w laboratoriach dr Mary Sue Coleman i Amos Cohen wykazały, że poziomy dATP również były podwyższone (6,7). To odkrycie potwierdziło wcześniejsze spekulacje Dr. Dennis Carson et al. (8) deoksyadenozyna, inny substrat ADA, a nie adenozyna, była toksycznym metabolitem w tej chorobie. Późniejsze eksperymenty wykazały, że deoksyadenozyna jest przekształcana najpierw w wilgotną, a następnie w dATP przez wysokie poziomy kinaz deoksynukleozydowych w grasicy. Prawdopodobnym mechanizmem patogennym jest wyzwalane przez dATP uwalnianie cytochromu c z mitochondriów, które uruchamia kaskadę apoptotyczną, prowadzącą do niepowodzenia rozwoju komórek T (9). Co ciekawe, zrozumienie tego szlaku doprowadziło do opracowania nowatorskich i skutecznych metod chemioterapeutycznych w leczeniu białaczki włochatokomórkowej (10).

zarówno ADA, jak i PNP ulegają ekspresji w praktycznie każdej komórce w organizmie i zostały uznane za geny „domowe”. W związku z tym natychmiastowym pytaniem było, dlaczego skutki niedoboru ADA koncentrowały się na układzie odpornościowym. Doprowadziło to do systematycznej oceny ekspresji enzymów metabolizujących purynę w różnych tkankach ludzkich i odkrycia, że ADA została znaleziona na bardzo wysokich poziomach w grasicy, co sugeruje, że ten narząd wyewoluował mechanizm zapobiegający gromadzeniu się substratów ADA. Jest to konieczne, ponieważ wysoki wskaźnik śmierci komórki w grasicy wtórnej do zdarzeń selekcji stanowi źródło DNA, które jest rozkładane do deoksyadenozyny. To, w połączeniu z wysokim poziomem kinaz deoksynukleozydowych, wyjaśnia, dlaczego grasica pacjentów z niedoborem ADA gromadzi tak wysokie poziomy dATP (8).

oprócz normalnej terapii wspomagającej podawanej pacjentom z SCID, pacjenci z niedoborem ADA byli początkowo leczeni napakowanymi transfuzjami RBC jako rodzaj terapii zastępującej enzymy (5). U wielu pacjentów stwierdzono znaczną poprawę funkcji immunologicznych, zwłaszcza u pacjentów z resztkową aktywnością enzymu ADA. Przełom w leczeniu tych pacjentów nastąpił wraz z opracowaniem bydlęcego ADA modyfikowanego glikolem polietylenowym (PEG) przez firmę biotechnologiczną Enzon. PEG-ADA (Adagen) był pierwszym zatwierdzonym przez FDA lekiem białkowym modyfikowanym PEG. Jego zastosowanie jako terapii dla pacjentów z niedoborem ADA był wspierany przez dr Michael Hershfield w Duke (11). Wielu pacjentów, którzy nie mieli odpowiednich dawców szpiku kostnego, było w stanie prowadzić w miarę normalne życie w wyniku leczenia PEG-ADA. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele leków na bazie białka, które są modyfikowane przez pegylację w celu poprawy stabilności i zmniejszenia immunogenności. Należą do nich Neulasta (Amgen) w leczeniu białaczki, interferon-β w leczeniu przewlekłego zapalenia wątroby typu C oraz urykaza w leczeniu opornej dny moczanowej (12).

niedobór ADA również odegrał znaczącą rolę w rozwoju terapii genowej. To była idealna choroba dla tego raczkującego pola. Wiadomo było już, że pacjenci z SCID mogą zostać wyleczeni przez BMT od zgodnego z histologią dawcy. Wiadomo również, że u pacjentów z tylko 10-12% prawidłowej aktywności enzymu ADA prawidłowy układ odpornościowy (13). Tak więc logiczne było przewidywanie, że autologiczny BMT z genetycznie zmodyfikowanymi komórkami szpiku kostnego będzie miał wartość terapeutyczną, nawet jeśli nie można osiągnąć normalnego poziomu ekspresji genów. Jednak pierwsze próby nie powiodły się, ponieważ niewielka liczba genetycznie zmodyfikowanych komórek nie została utrzymana po przeszczepie (14). Niemniej jednak, podejście to było skuteczne u pacjentów z X-linked SCID, ponieważ genetycznie zmodyfikowane komórki miały selektywną przewagę i ostatecznie przerosły Pozostałe niezmodyfikowane komórki (15). Ta realizacja doprowadziła do hipotezy, że terapia genowa niedoboru ADA nie powiodła się, ponieważ pacjenci byli utrzymywani na PEG-ADA jako swego rodzaju standard opieki. Leczenie to usunęło selektywną przewagę, jaką komórki skorygowane genem ADA mogłyby mieć u gospodarza z niedoborem ADA. Rzeczywiście, gdy protokoły leczenia zostały zmodyfikowane w celu usunięcia PEG-ADA, terapia genowa dla tego zaburzenia była skuteczna, chociaż zwykle zajęło rok lub więcej, aby Liczba skorygowanych genów komórek T osiągnęła maksymalny poziom (16).

podobnie jak w przypadku wielu chorób u ludzi, immunolodzy opracowali modele Mysie w celu stworzenia systemu doświadczalnego, w którym można byłoby badać konsekwencje niedoboru ADA i oceniać nowe strategie leczenia. Ku zaskoczeniu badaczy, którzy stworzyli myszy z niedoborem ADA, myszy te zmarły w bezpośrednim okresie okołoporodowym-nie z powodu niedoboru odporności, ale z niewydolności wątroby (17,18). W chwili śmierci wpływ niedoboru ADA na rozwój grasicy był stosunkowo niewielki. Aby obejść ten problem, opracowano szczep myszy, który był globalnie z niedoborem ADA, z wyjątkiem tego kontrolowanego za pomocą promotora specyficznego dla łożyska (19). Tak więc, mieli ADA podczas rozwoju płodu i stał się niedoborem ADA dopiero po urodzeniu. Co zaskakujące, miały one prawidłową czynność wątroby, pokazując, że ADA była potrzebna w wątrobie podczas rozwoju płodu, ale nie później. Co równie zaskakujące, myszy te zmarły w wieku około 3 tygodni z powodu niewydolności oddechowej(20). Jednak mogły one być utrzymywane na PEG-ADA w nieskończoność. Kiedy był nieoptymalny, rozwinął się niedobór odporności zgodnie z pierwotnym oczekiwaniem (21). Myszy te okazały się przydatne do badania mechanizmów SCID z niedoborem ADA (9). Ponadto, ze względu na akumulację adenozyny, zwierzęta te służyły jako biologiczny ekran zaburzeń związanych z nieprawidłowym sygnalizowaniem receptora adenozyny (22). W ciągu ostatnich dwudziestu lat stało się coraz bardziej oczywiste, że adenozyna reguluje wiele ważnych aspektów fizjologii poprzez wiązanie się z czterema odrębnymi, siedmioma przezbłonowymi receptorami adenozyny sprzężonymi z białkiem G (23). Chociaż adenozyna jest zwykle immunosupresyjna i przeciwzapalna, praca u myszy z niedoborem ADA pomogła odkryć nowe role adenozyny w promowaniu postępu chorób przewlekłych, w tym astmy, przewlekłej obturacyjnej choroby płuc i zwłóknienia płuc (22). Ponadto myszy te pomogły zdefiniować nową rolę sygnalizacji adenozyny w niektórych objawach choroby sierpowatokrwinkowej (24).

podsumowując, odkrycie niedoboru ADA jako przyczyny SCID było przełomowe z kilku powodów. Po pierwsze, była to pierwsza choroba niedoboru odporności, dla której zidentyfikowano wadę molekularną, co umożliwiło postawienie diagnozy molekularnej zarówno przed, jak i po urodzeniu. Po drugie, podkreśla znaczenie prawidłowego metabolizmu puryn dla rozwoju układu odpornościowego. Zrozumienie mechanizmów SCID z niedoborem ADA doprowadziło do opracowania inhibitorów ADA i analogów deoksyadenozyny w leczeniu białaczki włochatokomórkowej (10). PEG-ADA stał się pierwszym białkiem modyfikowanym PEG stosowanym jako leczenie i otworzył drzwi do rozwoju dodatkowych białek modyfikowanych PEG, które są obecnie szeroko stosowane w praktyce klinicznej. Niedobór ADA był pierwszą chorobą dziedziczną leczoną za pomocą terapii genowej. Wreszcie, myszy z niedoborem ADA stały się nieocenionym narzędziem do badania sygnalizacji receptora adenozyny w przewlekłych chorobach płuc i niedokrwistości sierpowatokrwinkowej. Tak więc historia badań niedoboru ADA zainicjowanych przez zaskakujący brak pasm ADA na żelu skrobiowym Eloise Giblett ilustruje potencjalny wpływ szczęśliwych odkryć w nauce i medycynie oraz nieoczekiwane nagrody, które mogą wyniknąć z badania pacjentów z rzadkimi chorobami.