Identifizierung Bet v 1 induzierter Signaltransduktionswege

Das Immunsystem bekämpft parasitäre Infektionen durch die Produktion von IgE Antikörpern. In genetisch prädisponierten Individuen kann IgE aber auch gegen nicht-infektiöse Proteine, sogenannte Allergene, gerichtet sein. Hier führt der Kontakt eines Allergens mit Epithelzellen oder dendritischen Zellen zur Ausbildung eines Th2- fördernden Cytokinmilieus und in weiterer Folge zur Induktion von allergen-spezifischem IgE anstelle von Toleranz oder Ignoranz. Es ist noch unklar wie die Erkennung von Allergenen durch Zellen des angeborenen Immunsystems erfolgt und welche spezifischen Rezeptoren daran beteiligt sind. Erkennung und Aufnahme eines Allergens scheinen selektiv durch Strukturerkennungs-Rezeptoren auf Epithel- und dendritischen Zellen vermittelt zu werden, wodurch in der Folge eine Th2-vermittelte Immunantwort entstehen kann. Es stellen sich die Fragen warum (1) nur eine sehr begrenzte Anzahl von Proteinen eine Th2-polarisierte Immunantwort auslöst, (2) warum nur in ganz bestimmten Individuen, und (3) welche Rezeptoren und (4) welche Signaltransduktionswege an der Erkennung von Allergenen durch Zellen des angeborenen Immunsystems beteiligt sind. Um diese Fragen zu beantworten haben wir das Hauptallergen des Birkenpollens, Bet v 1, und drei strukturell verwandte Proteine aus pathogenen und nicht-pathogenen Bakterien ausgewählt. Wir werden die Interaktion dieser Proteine mit humanen Epithelzelllinien und primären humanen Epithelzellproben von Birkenpollenallergikern und gesunden Spendern untersuchen. Die Hauptziele dieses Projektes sind die Definition einer Gensignatur, die mit einer allergischen Sensibilisierung gegen Bet v 1 assoziiert ist, und die Identifizierung eines Rezeptors auf Epithelzellen, der spezifisch Bet v 1 und Bet v 1-verwandte Moleküle erkennt. Wir werden eine innovative, systembiologische Vorgehensweise verwenden, die unterschiedliche omics-Datensätze miteinander kombiniert, um (1) mittels quantitativer Echtzeit-PCR und Multiplexanalyse von exprimierten Proteinen ein Set an Genen zu identifizieren, die durch Bet v 1-verwandte Proteine moduliert werden; (2) ein genetisches Netzwerk der regulierten Gene und Proteine zu erstellen; (3) die aktivierten Signaltransduktionswege und damit verbundenen Signalkomplexe und Rezeptoren zu identifizieren; (4) die regulatorischen Beziehungen der Gene innerhalb dieses Netzwerkes mittels eines RNAi Ansatzes zu testen; (5) über Ko-Präzipitationsversuche potentielle Bindungspartner von Bet v 1-verwandten Molekülen zu identifizieren. Der in diesem Projekt etablierte methodische Algorithmus wird dann dazu verwendet werden, eine normale von einer allergischen Immunantwort auf Bet v 1 in primären Epithelzellen von allergischen und normalen Spendern zu unterscheiden. Die Ergebnisse dieses Projektes werden für die Grundlagenforschung und die Allergiediagnostik von Bedeutung sein und unser heutiges Wissen über die Interaktion von Allergenen mit Zellen des angeborenen Immunsystems erweitern und vervollständigen. Daraus werden sich auch neue Ansatzpunkte für das Design von Allergieimpfstoffen ergeben.

Wenn unser Immunsystem auf ansonsten harmlose Umweltantigene reagiert, so sprechen wir von einer allergischen Überempfindlichkeitsreaktion, die vor allem Menschen mit entsprechender genetischer Prädisposition betrifft. Etwa 20-30% der Weltbevölkerung sind in irgendeiner Form von allergischen Erkrankungen, wie zum Beispiel dem allergischen Asthma, betroffen, was ein immer größer werdendes medizinisches Problem darstellt. Im Rahmen der Therapie des allergischen Asthmas steht neben der Behandlung mit entzündungshemmenden Kortikosteroiden und bronchodilatierenden Medikamenten die Allergen-spezifische Immuntherapie im Vordergrund. Diese zielt darauf ab die Imbalance des Immunsystems auszugleichen. Die Entwicklung neuartiger bzw. verbesserter Impfstoffe konnte bis dato jedoch mit der rasanten Zunahme an Neuerkrankungen nicht mithalten und in vielen Fällen bleibt die Krankheit daher unkontrolliert. Neueste Studien legen nahe, dass die Epithelzellen unserer Atemwege, welche die allererste Verteidigungslinie des Immunsystems darstellen, die Art wie auch die Intensität der Immunantwort auf Umweltantigene in den Atemwegen regulieren. Die genaue Abfolge der Ereignisse, die zu diesen unerwünschten allergischen Immunantworten führen, ist jedoch nicht bekannt. Immer mehr Studien weisen nun darauf hin, dass das Alarmin Interleukin-33 (IL-33), das in den Lungen von Asthmatikern nach Kontakt mit Allergenen stark induziert wird, allergische Immunantworten auslösen kann. Umso erstaunlicher ist es, dass wir kaum etwas über die Mechanismen wissen, wie Epithelzellen durch Allergene aktiviert werden und die Ausschüttung von IL-33 hervorrufen. Im Zuge meiner Forschungsarbeiten konnte ich den Formyl-Peptid-Rezeptor 2 (FPR2) und seinen endogenen Liganden, das Akute-Phase-Protein Serum-Amyloid A1 (SAA1) als zwei wichtige Regulatoren der initialen allergischen Reaktion identifizieren. Bindung von SAA1 an den Rezeptor FPR2 führt zur Freisetzung von IL-33 aus Epithelzellen und einer verstärkten Aktivierung von Typ 2 Lymphozyten. Dies wird durch Interaktion von SAA1 mit zytosolischen Fettsäure bindenden Proteinen, die in allergenen Extrakten vorhanden sind, ausgelöst. Weiters konnten wir zeigen, dass sich genetische Varianten von SAA1 in ihrer IL-33-induzierenden Kapazität unterscheiden. Diese genetischen Varianten könnten einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Entwicklung von allergischen Erkrankungen haben. Allergisches Asthma stellt ein globales Gesundheitsproblem dar. Um verbesserte Therapien zur Behandlung dieser Erkrankung erfolgreich zu etablieren, ist es notwendig zu verstehen, ob und wie die Epithelzellen unserer Atemwege Allergene erkennen und darauf reagieren, um gegebenenfalls gezielt ebendort eingreifen zu können. Die in diesem Projekt gewonnenen Daten können dazu beitragen, die Entwicklung sicherer und wirksamer Strategien zur Behandlung von allergischem Asthma voran zu treiben.