Molekulare & Zelluläre Mechanismen der Allergieentstehung

Pollen von Bäumen und Kräutern gehören zu den häufigsten Auslösern von allergischen Erkrankungen, wie z.B. Heuschnupfen. Obwohl die Hauptallergene in diesen Allergenquellen bekannt sind und bereits sehr genau strukturell, biochemisch und immunologisch untersucht wurden, ist bis heute nicht geklärt, wie diese Proteine Allergien auslösen. Wir wissen immer noch nicht genau, was in den Atemwegen passiert, wenn Pollen eingeatmet werden, wie sie auf die Nasenschleimhaut wirken, wie und in welcher Zeitspanne Allergene die Nasenschleimhaut durchdringen und wodurch die Bildung von allergen-spezifischen IgE Antikörpern ausgelöst wird. Rezente Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass die Pollenallergene alleine keine Sensibilisierung auslösen können, sondern mit verschiedenen Komponenten im Pollen, wie z.B. niedermolekulare Lipide, in enger Verbindung stehen müssen. Im vorliegenden Österreichisch-Russischen Kooperationsprojekt haben wir uns zum Ziel gesetzt, ein neuartiges Tiermodell zu entwickeln, welches die natürliche Allergenexposition des Menschen, also Einatmen von ganzen Pollen, abbildet. Im Gegensatz dazu werden in den meisten herkömmlichen Modellen die Pollenallergene bzw. Allergenextrakte intraperitoneal oder unter die Haut gespritzt, um die Tiere allergisch zu machen . Durch den Einsatz spezieller Reportermäuse, die eine allergiefördernde Reaktion durch aufleuchtende Zellen anzeigen, wird die Untersuchung der Wechselwirkungen aller Pollenkomponenten mit Epithelzellen, antigen-präsentierenden Zellen und T-Zellen in vivo vereinfacht. Parallel zum Tiermodel werden humane respiratorische Epithelzellen, Dendritischen Zellen und T -Zellen mit Pollenkomponenten stimuliert und die resultierenden Effekte untersucht. Hierfür wird ein spezielles Transwell-System zum Einsatz kommen, in dem der Transport von Pollenkomponenten durch die Nasenschleimhaut nachgeahmt wird. Nachdem gezeigt wurde, dass Pollenallergene Komplexe mit kleinmolekularen Lipiden eingehen können, wird ein Schwerpunkt auf der Untersuchung von Allergen-Lipid- Komplexen sowie deren Einfluss auf die Allergieentstehung liegen. Hierfür werden verschiedene Modellallergene aus den Pollen von Birke, Erle und Beifuß gentechnisch hergestellt.Ihre Bindung an verschiedene Lipide, die Bindungskonstanten und Bindungsstellen werden untersucht. Ebenfalls wird der Einfluss der Lipidbindung auf strukturelle und biochemische Eigenschaften der Allergene erfasst. Diese Ar beiten werden von unseren Russischen Partnern durchgeführt. Wir setzen die verschiedenen Allergene und Allergen-Komplexe dann in unseren Modellen ein, um den Einfluss der Protein -Lipid- Interaktion auf die Zellen und allergische Sensibilisierung zu untersuchen. Somit werden i m vorliegenden Projekt zelluläre Reaktionen auf verschiedene Proteinstrukturen und Protein - Lipidkomplexe identifiziert, wodurch den molekularen Eigenschaften biologische Relevanz zugeordnet werden kann. Die erwarteten Ergebnisse sind nicht nur wichtig für das bessere Verständnis der Entstehung von allergischen Erkrankungen, sondern auch für die Entwicklung verbesserter Konzepte für deren Prävention und erfolgreiche Behandlung.

IgE-vermittelte Allergien betreffen etwa 25 % der Bevölkerung in industrialisierten Ländern wie Österreich. Die Entwicklung allergischer Erkrankungen verläuft in zwei Hauptphasen. Die erste Phase wird Sensibilisierung genannt, verläuft unbemerkt, und ist mit der Produktion von allergen-spezifischen IgE-Antikörpern abgeschlossen. Die nachfolgende "Effektorphase" ist durch das Auftreten typischer allergischer Symptome, z.B. Heuschnupfen, bei Allergenkontakt gekennzeichnet. Birkenpollen sind eine häufige Ursache für IgE-vermittelte Allergien in Nord- und Mitteleuropa. Das wichtigste sensibilisierende Allergen in Birkenpollen ist Bet v 1 und 93% der Birkenpollenallergiker:innen weisen Bet v 1-spezifische IgE-Antikörper auf. Obwohl Bet v 1 eines der am besten untersuchten Allergene ist, wurde noch nicht aufgeklärt, warum dieses Protein eine so starke sensibilisierende Wirkung aufweist. Dieses Forschungsprojekt sollte mögliche Eigenschaften von Bet v 1 aufklären, die seine starke allergene Wirkung erklären. Hierfür wurde ein humanes In-vitro-Modell entwickelt, das entscheidende Stufen im Sensibilisierungsprozess abbildet, nämlich den Allergentransport durch das respiratorische Epithel, die Aufnahme und Aufarbeitung durch Antigen-präsentierende Zellen und die nachfolgende Aktivierung allergen-spezifischer T-Zellen. Unsere molekularen und zellulären Studien weisen darauf hin, dass sofort nach Kontakt mit dem Nasenepithel große Mengen von Bet v 1 aus Birkenpollen freigesetzt und rasch durch dieses transportiert werden. Dendritische Zellen internalisieren und verarbeiten das transportierte Bet v 1 und induzieren allergen-spezifische T-Zell-Reaktionen. Diese Aktivierung wird durch zusätzliche Inhaltstoffe im Birkenpollen indirekt verstärkt, da diese die Genexpression in primären respiratorischen Zellen verändern. Ebenfalls konnten wir sogenannte "dominante" Epitope in Bet v 1, die in vielen verschiedenen Birkenpollen-Allergiker:innen T-Zell- und Antikörperantworten auslösen. Zusammenfassend werden die Ergebnisse dieses Projekts zum besseren Verständnis der Entstehung allergischer Erkrankungen beitragen. Eine bessere Aufklärung der grundlegenden Prozesse, die zur Allergie führen, ist wichtig, um Strategien zur deren Vorbeugung zu entwickeln.