Adenosin desaminasa

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Text of Adenosin desaminasa

  • 8/7/2019 Adenosin desaminasa

    1/5

    P r o c . N a t i . A c a d . S c i . USAV o l . 7 4 , N o . 1 2 , p p . 5 6 7 7 - 5 6 8 1 , D e c e m b e r 1 9 7 7I m m u n o l o g y

    L y m p h o s p e c i f i c t o x i c i t y i n a d e n o s i n e d e a m i n a s e d e f i c i e n c y a n dp u r i n e n u c l e o s i d e p h o s p h o r y l a s e d e f i c i e n c y : P o s s i b l e r o l eo f n u c l e o s i d e k i n a s e ( s )( i m m u n o d e f i c i e n c y / l y m p h o c y t e / p u r i n e d e o x y r i b o n u c l e o s i d e k i n a s e / p u r i n e d e o x y r i b o n u c l e o t i d e s )

    D E N N I S A . C A R S O N * , J O N A T H A N K A Y E * , AND J . E . S E E G M I L L E R t* D i v i s i o n o f R h e u m a t o l o g y , D e p a r t m e n t o f C l i n i c a l R e s e a r c h , S c r i p p s C l i n i c a n d R e s e a r c h F o u n d a t i o n , L a J o l l a , C a l i f o r n i a 9 2 0 3 7 ; a n d t D e p a r t m e n t o fM e d i c i n e , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , S a n D i e g o , L a J o l l a , C a l i f o r n i a 9 2 0 3 7C o n t r i b u t e d b y J . E d w i n S e e g m i l l e r , S e p t e m b e r 2 6 , 1 9 7 7ABSTRACT I n h e r i t e d d e f i c i e n c i e s o f t h e e n z y m e s a d e n o -s i n e d e a m i n a s e ( a d e n o s i n e a m i n o h y d r o l a s e ; EC 3 . 5 . 4 . 4 ) a n dp u r i n e n u c l e o s i d e p h o s p h o r y l a s e ( p u r i n e - n u c l e o s i d e : o r t h o -p h o s p h a t e r i b o s y l t r a n s f e r a s e ; EC 2 . 4 . 2 . 1 ) p r e f e r e n t i a l l y i n t e r f e r ew i t h l y m p h o c y t e d e v e l o p m e n t w h i l e s p a r i n g m o s t o t h e r o r g a ns y s t e m s . P r e v i o u s e x p e r i m e n t s h a v e s h o w n t h a t t h r o u g h t h ea c t i o n o f s p e c i f i c k i n a s e s , n u c l e o s i d e s c a n b e " t r a p p e d " i n t r a -c e l l u l a r l y i n t h e f o r m o f 5 ' - p h o s p h a t e s . We t h e r e f o r e m e a s u r e dt h e a b i l i t y o f n e w b o r n h u m a n t i s s u e s t o p h o s p h o r y l a t e a d e n o -s i n e a n d d e o x y a d e n o s i n e , t h e s u b s t r a t e o f a d e n o s i n e d e a m i n a s e ,a n d a l s o i n o s i n e , d e o x y i n o s i n e , g u a n o s i n e , a n d d e o x y g u a n o s i n e ,t h e s u b s t r a t e s o f p u r i n e n u c l e o s i d e p h o s p h o r y l a s e . S u b s t a n t i a la c t i v i t i e s o f a d e n o s i n e k i n a s e w e r e f o u n d i n a l l t i s s u e s s t u d i e d ,w h i l e g u a n o s i n e a n d i n o s i n e k i n a s e s w e r e d e t e c t e d i n n o n e .H o w e v e r , t h e a b i l i t y t o p h o s p h o r y l a t e d e o x y a d e n o s i n e , d e o x y -i n o s i n e , a n d d e o x y g u a n o s i n e w a s l a r g e l y c o n f i n e d t o l y m p h o -c y t e s . A d e n o s i n e d e a m i n a s e , b u t n o t p u r i n e n u c l e o s i d e p h o s -p h o r y l a s e , s h o w e d a s i m i l a r l y m p h o i d p r e d o m i n a n c e . O t h e re x p e r i m e n t s s h o w e d t h a t d e o x y a d e n o s i n e , d e o x y i n o s i n e , a n dd e o x y g u a n o s i n e w e r e t o x i c t o h u m a n l y m p h o i d c e l l s . T h e t o x -i c i t y o f d e o x y a d e n o s i n e w a s r e v e r s e d b y t h e a d d i t i o n o f d e -o x y c y t i d i n e , b u t n o t u r i d i n e , t o t h e c u l t u r e m e d i u m . B a s e d u p o nt h e s e a n d o t h e r e x p e r i m e n t s , w e p r o p o s e t h a t i n a d e n o s i n ed e a m i n a s e a n d p u r i n e n u c l e o s i d e p h o s p h o r y l a s e d e f i c i e n c y ,t o x i c d e o x y r i b o n u c l e o s i d e s p r o d u c e d b y m a n y t i s s u e s a r e s e -l e c t i v e l y t r a p p e d i n l y m p h o c y t e s b y p h o s p h o r y l a t i n g e n -z y m e ( s ) .

    D u r i n g t h e p a s t 5 y e a r s , G i b l e t t a n d h e r c o l l e a g u e s h a v e d e m -o n s t r a t e d a n a s s o c i a t i o n b e t w e e n s e v e r e d e f i c i e n c i e s o f e i t h e ra d e n o s i n e d e a m i n a s e ( a d e n o s i n e a m i n o h y d r o l a s e ; EC 3 . 5 . 4 . 4 ) ,o r p u r i n e n u c l e o s i d e p h o s p h o r y l a s e ( p u r i n e - n u c l e o s i d e : o r t h o -p h o s p h a t e r i b o s y l t r a n s f e r a s e ; EC 2 . 4 . 2 . 1 ) a n d i n h e r i t e d f o r m so f h u m a n i m m u n o d e f i c i e n c y d i s e a s e ( 1 , 2 ) . A l t h o u g h t h ec l i n i c a l p i c t u r e s o v e r l a p , c h i l d r e n w i t h a d e n o s i n e d e a m i n a s ed e f i c i e n c y u s u a l l y s u f f e r f r o m a c o m b i n e d i m m u n o d e f i c i e n c ys y n d r o m e , w i t h i m p a i r m e n t o f T c e l l d e v e l o p m e n t a n d i n m o s tc a s e s o f B c e l l f u n c t i o n a s w e l l , w h i l e t h o s e w i t h p u r i n e n u c l e -o s i d e p h o s p h o r y l a s e d e f i c i e n c y h a v e p r i m a r i l y a d e f i c i t i n Tc e l l d e v e l o p m e n t a n d t h e a s s o c i a t e d c e l l u l a r i m m u n e f u n c t i o n s .B o t h d i s e a s e s a r e a c c o m p a n i e d b y s e v e r e l y m p h o p e n i a . A l -t h o u g h e n z y m e i s v i r t u a l l y a b s e n t f r o m a l l t i s s u e s e x a m i n e d ,a p p a r e n t l y o n l y t h e g r o w t h a n d d e v e l o p m e n t o f t h e l y m p h o i ds y s t e m i s s e v e r e l y r e t a r d e d ( 3 ) . I t i s t h e r e f o r e l i k e l y t h a t t h ei m m u n e d e f e c t i n d e a m i n a s e a n d p h o s p h o r y l a s e d e f i c i e n c y i sn o t d u e t o a g e n e r a l i z e d d i s o r d e r o f g r o w t h , b u t r a t h e r t o ap r i m a r y l y m p h o c y t e a b n o r m a l i t y a n d / o r c i r c u l a t i n g t o x i n s t h a ta r e s p e c i f i c a l l y l y m p h o c y t o x i c . T h e l a t t e r c o n c e p t i s i n a c c o r dw i t h t h e r e v e r s a l o f t h e i m m u n o d e f i c i e n t s t a t e a c c o m p a n y i n gT h e c o s t s o f p u b l i c a t i o n o f t h i s a r t i c l e w e r e d e f r a y e d i n p a r t b y t h ep a y m e n t o f p a g e c h a r g e s . T h i s a r t i c l e m u s t t h e r e f o r e b e h e r e b y m a r k e d" a d v e r t i s e m e n t " i n a c c o r d a n c e w i t h 1 8 U . S . C . 1 7 3 4 s o l e l y t o i n d i c a t et h i s f a c t .

    5 6 7 7

    d e a m i n a s e d e f i c i e n c y b y e n z y m e r e p l a c e m e n t i n t h e f o r m o fe r y t h r o c y t e t r a n s f u s i o n s ( 4 ) .T h r e e b i o c h e m i c a l m e c h a n i s m s h a v e b e e n p r o p o s e d t o e x -p l a i n t h e a s s o c i a t i o n o f d e a m i n a s e d e f i c i e n c y w i t h i m m u n o -d e f i c i e n c y d i s e a s e , i . e . , a d e n o s i n e - i n d u c e d p y r i m i d i n e s t a r -v a t i o n ( 5 ) , h y p o x a n t h i n e d e f i c i e n c y ( 6 ) , a n d a d e n o s i n e - m e -d i a t e d e l e v a t i o n s i n c y c l i c A MP c o n c e n t r a t i o n s ( 7 ) . I n t h e a b -s e n c e o f f u r t h e r i n f o r m a t i o n , t h e s e h y p o t h e s e s d o n o t e x p l a i nt h e p r e f e r e n t i a l i m p a i r m e n t o f l y m p h o i d d e v e l o p m e n t s e e ni n b o t h p h o s p h o r y l a s e a n d d e a m i n a s e d e f i c i e n c y . I n t h e p r e s e n ts t u d i e s , we s u g g e s t t h a t l y m p h o s p e c i f i c t o x i c i t y i n d e a m i n a s ea n d p h o s p h o r y l a s e d e f i c i e n c y may r e s u l t f r o m t h e s e l e c t i v ea c c u m u l a t i o n i n l y m p h o i d t i s s u e s , p a r t i c u l a r l y t h e t h y m u s , o ft o x i c d e o x y r i b o n u c l e o t i d e s , m e d i a t e d b y n u c l e o s i d ek i n a s e ( s ) .

    MATERIALS A N D METHODST i s s u e E x t r a c t s . N e w b o r n h u m a n t i s s u e s o b t a i n e d a t a u t o p s yw i t h i n 2 4 h r o f d e a t h w e r e f r o z e n a t - 2 0 . E x t r a c t s w e r e p r e -p a r e d b y m i n c i n g t h e s p e c i m e n s i n 1 0 mM T r i s b u f f e r ( p H 7 . 4 ) ,f o l l o w e d b y f i v e c y c l e s o f f r e e z e - t h a w i n g , a n d u l t r a c e n t r i f u -g a t i o n o f t h e p a r t i c u l a t e m a t e r i a l .P e r i p h e r a l b l o o d l y m p h o c y t e s a n d g r a n u l o c y t e s w e r e i s o l a t e db y d e x t r a n s e d i m e n t a t i o n o f h e p a r i n i z e d w h o l e b l o o d f r o m a na d u l t v o l u n t e e r , f o l l o w e d b y c e n t r i f u g a t i o n t h r o u g h F i c o l l -H y p a q u e ( 8 ) . R e d c e l l s w e r e l y s e d w i t h T r i s - b u f f e r e d ammo-n i u m c h l o r i d e a n d t h e c e l l s w e r e w a s h e d a n d f r o z e n ( 9 ) .T h e p r o t e i n c o n t e n t o f a l l t i s s u e e x t r a c t s w a s d e t e r m i n e d b yL o w r y ' s m e t h o d , w i t h b o v i n e s e r u m a l b u m i n a s a s t a n d a r d( 1 0 ) .E n z y m e A s s a y s . K i n a s e a c t i v i t i e s i n c e l l e x t r a c t s a n d c o l u m nf r a c t i o n s w e r e d e t e r m i n e d b y a m o d i f i c a t i o n o f t h e m e t h o d o fI v e s e t a l . ( 1 1 ) . F o r t h e m e a s u r e m e n t o f d e o x y g u a n o s i n e , g u a -n o s i n e , d e o x y i n o s i n e , a n d i n o s i n e k i n a s e s , t h e f i n a l c o n c e n t r a -t i o n s o f t h e r e a c t a n t s w e r e : 5 0 mM T r i s ( f i n a l pH 7 . 4 ) , 1 0 mMA T P , 1 0 mM M g C I 2 , 1 5 mM N a F , 1 m g o f p r o t e i n p e r m l , a n d0 . 4 - 2 , u C i o f s u b s t r a t e a t a c o n c e n t r a t i o n o f 3 0 0 ,M i n a t o t a l

    v o l u m e o f 1 0 0 X . A d e n o s i n e a n d d e o x y a d e n o s i n e k i n a s e s w e r es i m i l a r l y m e a s u r e d , e x c e p t t h a t t h e ATP a n d m a g n e s i u mc o n c e n t r a t i o n s w e r e 5 a

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