descoperirea serendipită a deficienței adenozin deaminazei (ADA) la doi pacienți cu deficiență imună celulară în 1972 de către Dr.Eloise Giblett și colegii (1) a inaugurat o nouă eră în investigarea mecanismelor moleculare care stau la baza tulburărilor imunodeficienței primare. În plus, această constatare a dus la dezvoltarea eventuală a unor terapii noi nu numai pentru deficiența ADA, ci și pentru alte tulburări de imunodeficiență și anumite leucemii. La începutul anilor 1970, mai multe boli primare ale imunodeficienței, inclusiv SCID, X-linked a gamma globulinemia și sindromul Wiskott-Aldrich, erau bine cunoscute imunologilor pediatrici și se presupunea că sunt cauzate de defecte genetice unice bazate pe modele de moștenire. Cu toate acestea, defectele genetice responsabile pentru aceste tulburări devastatoare nu erau cunoscute. În acele zile, singurul” leac ” pentru bolile imunodeficienței severe a fost un transplant de măduvă osoasă (BMT) de la un donator histocompatibil. În cazul unuia dintre cei doi pacienți descriși de Giblett și colab., tastarea HLA de rutină a membrilor familiei nu a reușit să identifice donatorii adecvați. Astfel, medicii pacientului au trimis probe de sânge Dr.Giblett la Banca Centrală de sânge King Country. S-a sperat că ar putea arunca lumină asupra relațiilor dintre membrii familiei pacientului prin examinarea tiparelor de izozimă pentru enzima ADA. Spre surprinderea ei, electroforeza cu gel de amidon a indicat că celulele roșii din sânge ale pacientului erau complet lipsite de activitatea enzimei ADA! Părinții au prezentat activitate ada detectabilă, dar redusă, sugerând un mod autosomal recesiv de moștenire. Ulterior, a fost studiat un al doilea pacient cu deficiență imună celulară severă și, de asemenea, s-a constatat că are deficit de ADA. Acestea au fost constatări complet neașteptate, deoarece nu a existat nicio prioritate pentru deficitul de ADA la om sau pentru ADA care joacă un rol important fie în dezvoltarea, fie în funcția sistemului imunitar.
ADA face parte din calea de salvare a purinei care include enzima hipoxantină-guanină fosforibosiltransferază (HPRT). Mutațiile genei HPRT au fost cunoscute pentru a provoca tulburarea neurologică sindromul Lesch-Nyhan și artrita gută asociată (2), dar această cale nu a fost considerată a fi importantă pentru sistemul imunitar. Giblett și colegii săi au propus ca cei doi pacienți să aibă alele mutante rare pentru gena ADA. Alternativ, s-a speculat că ar putea avea o ștergere cromozomială scurtă care să cuprindă gena ADA și o genă de răspuns imun critică din apropiere. În ambele cazuri, au concluzionat: „Deoarece anenzimia ADA și bolile moștenite ale imunității celulare sunt extrem de rare, coexistența lor la doi pacienți fără legătură pare foarte puțin probabil să fie fortuită.”
măsurătorile metaboliților purinici în fluidele corporale ale pacienților cu deficit de ADA au arătat niveluri ridicate de adenozină (3), unul dintre cele două substraturi pentru ADA. Anchetatorii au arătat rapid că adenozina ar putea încetini creșterea liniilor celulare limfoide și proliferarea indusă de mitogen a limfocitelor primare (3). În 1975, Giblet și colegii săi au raportat un pacient cu o imunodeficiență izolată a celulelor T care nu avea activitate de purină nucleozidă fosforilază (PNP) (4), o enzimă situată între ADA și HPRT în calea de salvare a purinei, oferind dovezi convingătoare despre importanța critică a metabolismului purinic normal pentru un sistem imunitar funcțional. Deși a fost raportat inițial că ATP a fost crescut în RBC-urile pacienților cu deficit de ADA (5), schemele de separare HPLC mai sensibile din laboratoarele Drs.Mary Sue Coleman și Amos Cohen au arătat că nivelurile dATP au fost ridicate și ele (6,7). Această constatare a confirmat o speculație anterioară a Dr. Dennis Carson și colab. (8) dezoxiadenozina, celălalt substrat al ADA, mai degrabă decât adenozina, a fost metabolitul toxic al acestei boli. Experimentarea ulterioară a arătat că deoxiadenozina este transformată mai întâi în umezeală și, în final, în dATP prin nivelurile ridicate de deoxinucleozide kinaze din timus. Un mecanism patogen probabil este eliberarea citocromului C declanșată de dATP din mitocondrii care declanșează o cascadă apoptotică, ducând la eșecul dezvoltării celulelor T (9). Interesant, o înțelegere a acestei căi a condus la dezvoltarea unor abordări chimioterapeutice noi și de succes pentru tratarea leucemiei cu celule păroase (10).atât ADA, cât și PNP sunt exprimate în aproape fiecare celulă din corp și au fost considerate gene de „menaj”. Astfel, o întrebare imediată a fost de ce efectele deficienței ADA s-au concentrat asupra sistemului imunitar. Acest lucru a dus la o evaluare sistematică a expresiei enzimelor care metabolizează Purina în diferite țesuturi umane și la descoperirea faptului că ADA a fost găsită la niveluri foarte ridicate în timus, sugerând că acest organ a dezvoltat un mecanism pentru a preveni acumularea de substraturi ADA. Acest lucru este necesar deoarece rata ridicată de deces celular în timus secundar evenimentelor de selecție oferă o sursă de ADN care este degradată la deoxiadenozină. Acest lucru, împreună cu niveluri ridicate de deoxinucleozide kinaze, explică de ce timusul pacienților cu deficit de ADA acumulează astfel de niveluri ridicate de dATP (8).
în plus față de terapia normală de susținere administrată pacienților cu SCID, pacienții cu deficit de ADA au fost inițial tratați cu transfuzii RBC ambalate ca un fel de terapie de „înlocuire enzimatică” (5). Mulți pacienți au prezentat o îmbunătățire semnificativă a funcției imune ca rezultat, în special a celor cu activitate reziduală a enzimei ADA. Progresul în tratamentul acestor pacienți a venit odată cu dezvoltarea ada bovină modificată de polietilen glicol (PEG) de către compania biotehnologică Enzon. PEG-ADA (Adagen) a fost primul medicament proteic modificat de PEG aprobat de FDA. Utilizarea sa ca terapie pentru pacienții cu deficit de ADA a fost susținută de Dr.Michael Hershfield la Duke (11). Mulți pacienți care nu au donatori adecvați de măduvă osoasă au reușit să ducă o viață normală în mod rezonabil ca urmare a tratamentului cu PEG-ADA. Astăzi, există o serie de medicamente pe bază de proteine pe piață care sunt modificate prin pegilare pentru a îmbunătăți stabilitatea și a reduce imunogenitatea. Acestea includ Neulasta (Amgen) pentru tratamentul leucemiei, interferon-inkst pentru tratamentul hepatitei cronice C și uricază pentru tratamentul gutei refractare (12).
deficitul ADA a jucat, de asemenea, un rol proeminent în dezvoltarea terapiei genice. A fost boala perfectă pentru acest câmp nou-născut. Se știa deja că pacienții cu SCID ar putea fi vindecați de un BMT de la un donator histocompatibil. De asemenea, se știa că pacienții cu doar 10-12% din activitatea normală a enzimei ADA aveau sisteme imune normale (13). Astfel, a fost logic să se prevadă că BMT autolog cu celule de măduvă osoasă modificate genetic ar avea valoare terapeutică, chiar dacă nivelurile normale de exprimare a genelor nu ar putea fi atinse. Cu toate acestea, încercările inițiale nu au avut succes, deoarece numărul mic de celule modificate genetic nu a fost menținut după transplant (14). Cu toate acestea, această abordare a avut succes la pacienții cu SCID legat de X, deoarece celulele modificate genetic au avut un avantaj selectiv și, în cele din urmă, au depășit celulele nemodificate rămase (15). Această realizare a condus la ipoteza că terapia genică pentru deficiența ADA nu a avut succes, deoarece pacienții au fost menținuți pe PEG-ADA ca un fel de standard de îngrijire. Acest tratament a eliminat avantajul selectiv de care s-ar bucura celulele corectate de gena ADA într-o gazdă altfel deficitară de ADA. Într-adevăr, când protocoalele de tratament au fost modificate pentru a elimina PEG-ADA, terapia genică pentru această tulburare a avut succes, deși de obicei a durat un an sau mai mult pentru ca numărul de celule T corectate genetic să atingă niveluri maxime (16).
ca și în cazul multor boli umane, imunologii au dezvoltat modele de șoarece pentru a avea un sistem experimental în care consecințele deficienței ADA ar putea fi studiate și noi strategii de tratament evaluate. Spre surprinderea anchetatorilor care au făcut șoareci cu deficit de ADA, acești șoareci au murit în perioada perinatală imediată – nu de imunodeficiență, ci de insuficiență hepatică (17,18). La momentul decesului, efectul deficienței ADA asupra dezvoltării timusului a fost relativ modest. Pentru a rezolva această problemă, a fost dezvoltată o tulpină de șoareci care avea deficit global de ADA, cu excepția celei controlate cu un promotor specific placentei (19). Astfel, au avut ADA în timpul dezvoltării fetale și au devenit deficienți ADA numai după naștere. În mod surprinzător, au avut o funcție hepatică normală, arătând că ADA a fost necesară în ficat în timpul dezvoltării fetale, dar nu după aceea. La fel de surprinzător, acești șoareci au murit la vârsta de aproximativ 3 săptămâni de insuficiență respiratorie (20). Cu toate acestea, acestea ar putea fi menținute pe PEG-ADA la nesfârșit. Când a fost suboptim, au dezvoltat imunodeficiență așa cum era de așteptat inițial (21). Acești șoareci s-au dovedit utili pentru examinarea mecanismelor SCID cu deficit de ADA (9). În plus, datorită acumulării de adenozină, aceste animale au servit ca ecran biologic pentru tulburările asociate cu semnalizarea aberantă a receptorilor de adenozină (22). În ultimii douăzeci de ani, a devenit din ce în ce mai evident că adenozina reglează multe aspecte importante ale fiziologiei prin legarea la patru receptori de adenozină cuplați cu proteine G distincte, cu șapte transmembranare (23). Deși adenozina este de obicei imunosupresoare și antiinflamatoare, munca la șoarecii cu deficit de ADA a ajutat la descoperirea unor roluri noi pentru adenozină în promovarea progresiei bolilor cronice, inclusiv astmul, boala pulmonară obstructivă cronică și fibroza pulmonară (22). În plus, acești șoareci au ajutat la definirea unui rol nou pentru semnalizarea adenozinei în anumite manifestări ale bolii celulelor secera (24).
În concluzie, descoperirea deficienței ADA ca cauză a SCID a fost inovatoare din mai multe motive. În primul rând, a fost prima boală de imunodeficiență pentru care a fost identificat defectul molecular, făcând posibilă efectuarea unui diagnostic molecular atât pre – cât și postnatal. În al doilea rând, a subliniat importanța metabolismului purinic normal pentru dezvoltarea sistemului imunitar. Înțelegerea mecanismelor SCID cu deficit de ADA a condus la dezvoltarea inhibitorilor ADA și a analogilor deoxiadenozină pentru tratamentul leucemiei cu celule păroase (10). PEG-ADA a devenit prima proteină modificată de PEG care a fost utilizată ca terapeutică și a deschis ușa pentru dezvoltarea de proteine suplimentare modificate de PEG, care sunt în uz clinic larg astăzi. Deficitul de ADA a fost prima boală moștenită care a fost tratată prin terapie genică. În cele din urmă, șoarecii cu deficit de ADA au devenit un instrument neprețuit pentru studiul semnalizării receptorilor de adenozină în bolile pulmonare cronice și în boala celulelor secera. Astfel, Istoricul investigațiilor deficienței ADA inițiate de absența uimitoare a benzilor ADA pe gelul de amidon al lui Eloise Giblett ilustrează impactul potențial al descoperirilor Serendipite în știință și Medicină și recompensele neprevăzute care pot apărea din studiul pacienților cu boli rare.