Konformationelle Immunglobulin E-Epitope von Bet v 1

Bis zu 70% aller Birkenpollenallergiker reagieren auch auf bestimmte pflanzliche Nahrungsmittel mit allergischen Symptomen. Die meisten Birkenpollenallergiker werden gegen Bet v 1, das Hauptallergen der Birke sensibilisiert. Als Folge davon kommt es zu einer Kreuzreaktivität des Immunglobulin E (IgE) mit Bet v 1-verwandten Allergenen aus pflanzlichen Nahrungsmitteln. Allerdings reagieren die meisten Patienten bei Weitem nicht auf alle typischen birkenpollen-assoziierten Nahrungsmitteln, obwohl deren IgE ein breites Spektrum Bet v 1-verwandter Allergene erkennt. Es wurde bisher noch keine Korrelation zwischen dem Erkennungsmuster des allergenspezifischen IgE und dem Spektrum der klinischen Reaktionen gefunden. Mehrere Faktoren werden diskutiert, die die klinische Relevanz der IgE-Kreuzreaktivität beeinflussen könnten. Zwei dieser Einflussgrößen könnten die genaue Epitopspezifität und die Affninität des allergenspezifischen IgE sein. Dies soll in diesem Projekt untersucht werden. Das Ziel dieses Projekts ist es daher, zuerst diskontinuierliche IgE-Epitope von Bet v 1 zu definieren. Dazu wird als innovative Vorgehensweise eine gerichtete in vitro-Evolution eingesetzt. Dabei werden aus nicht IgE- bindenden Strukturhomologen von Bet v 1 durch mehrere Runden von Zufallsmutagenese und Selektion künstliche Proteine hergestellt, die nur ein einziges IgE-Epitop tragen. Zur Selektion IgE-bindender Mutanten aus dem Pool der zufällig mutierten Proteine wird ein Phage Display-System eingesetzt, bei dem IgE-bindende Klone mithilfe von immobilisiertem, aus Patientenseren gereinigtem Bet v 1-spezifischem IgE angereichert werden. Die so gewonnenen Trägermoleküle für einzelne IgE-Epitope werden dann für folgende Experimente eingesetzt: (1) Bestimmung des Häufigkeiten und der Affinitäten, mit denen die einzelnen Epitope vom IgE in einer Gruppe von Birkenpollenallergikern erkannt werden, (2) Ermittlung des Beitrags, den die einzelnen Epitope zur Kreuzreaktivität zwischen Bet v 1 und homologen Nahrungsmittelallergenen leisten, (3) Korrelation der Epitoperkennungsmuster und der Affinität der epitopspezifischen IgE-Antikörper mit dem klinisch beobachteten Muster der birkenpollen-assoziierten Nahruingsmittelallergien in einer größeren Gruppe von Birkenpollenallergikern. Die Resultate dieses Projekts werden einerseits für die allergologische Grundlagenforschung, andererseits für die Allergiediagnostik von Interesse sein. In immungenetischen Studien wurde bereits gezeigt, dass der Pool an IgE- Antikörpern aus einer relativ kleinen Anzahl von hochgradig affinitätsgereiften Klonen besteht. Die Ergebnisse diese Projekt werden diese Studien auf Proteinebene ergänzen, indem das gegen ein gut untersuchtes Modellallergen gerichtete Epitoperkennungsprofil bestimmt wird. In der Allergiediagnostik könnte die Bestimmung von allergenspezifischem IgE durch die Messung von epitopspezischem IgE ergänzt werden, was zu einer Verbesserung der Spezifität bei der Diagnose von Nahrungsmittelallergien führen kann.

Birkenpollen ist einer der wichtigsten Allergieauslöser in den gemäßigten Breiten der nördlichen Hemisphäre. Bis zu 70% der Birkenpollenallergiker reagieren auch allergisch auf verschiedene pflanzliche Lebensmittel. Diese Kreuzreaktionen haben ihre Ursache meist in der Sensibilisierung gegen Bet v 1, das Hauptallergen der Birke und der anschließenden Reaktion von Bet v 1-spezifischen IgE-Antikörpern mit verwandten Allergenen in Nahrungsmitteln. Allerdings tolerieren die meisten Patienten zumindest manche der typischen, mit Birkenpollenallergie assoziierten Nahrungsmittel, auch wenn ihr IgE ein breites Spektrum Bet v 1-verwandter Allergene erkennt. Die Ursache dieser eingeschränkten klinischen Vorhersagekraft kreuzreaktiver IgE-Antikörper ist unbekannt. Dieses Projekt basierte auf der Hypothese, dass die Zusammensetzung des allergenspezifischen IgE und dessen Erkennung verschiedener Bindungsstellen (Epitope) auf der Allergenoberfläche einen wichtigen Faktor für dessen unterschiedliche klinische Relevanz darstellt. Verschiedene Antikörper binden verschiedene Epitope und zeigen dadurch ein unterschiedliches Ausmaß an Kreuzreaktivität. Ziel dieses Projekts war es daher, IgE-Epitope von Bet v 1 zu identifizieren und die Bindung von IgE und anderen Antikörpern an diese Epitope zu bestimmen. Wir benutzten dazu verschiedene experimentelle Ansätze: Zuerst untersuchten wir die Kreuzreaktivität zwischen Bet v 1 und Vig r 6, einem Allergen aus Mungbohnen, das entfernt mit Bet v 1 verwandt ist. Weiters konstruierten wir vier chimäre Proteine, indem wir jeweils einen Teil der Oberfläche von Bet v 1 auf Api g 1 transferierten, einem nur schwach IgE-bindenden, mit Bet v 1 verwandten Allergen aus Sellerie. Diese Proteine verwendeten wir, um die Epitoperkennung von Bet v 1-spezifischem IgE von Birkenpollenallergikern zu bestimmen. Zuletzt untersuchten wir die Bindung von IgE und anderen Antikörpertypen (IgG und IgA) an Bet v 1 und verwandte Nahrungsmittelallergene. Dazu analysierten wir Seren von gut charakterisierten Birkenpollenallergikern mit verschiedenen Mustern von Nahrungsmittelallergien. Wir konnten zeigen, dass Birkenpollenallergiker individuell zusammengesetzte IgE-Antikörper besitzen, sowohl was die Epitoperkennung als auch was das Ausmaß der Kreuzreaktivität betrifft. Das IgE mancher Patienten ist hoch kreuzreaktiv und bindet an Allergene mit nur wenig Ähnlichkeit mit Bet v 1, wie jede aus Sellerie, Soja oder Mungbohne. Die Antikörper anderer Allergiker hingegen erkennen nur nah mit Bet v 1 verwandte Allergene wie jene aus Haselnuss, Apfel oder Pfirsich. Allerdings fanden wir keinen Zusammenhang zwischen dem Bindungsmuster von IgE oder anderen Antikörpertypen und dem klinischen Spektrum der Nahrungsmittelallergien. Ein Ergebnis dieses Projekts war die Etablierung einer Methode zur Bestimmung der Antikörperbindung an einzelne Epitope, die auf chimären Proteinen basiert, die auf ihrer Oberfläche einzelne Epitope von Allergenen tragen. Ein Verfeinerung dieses Ansatzes könnte zur Entwicklung einer epitopspezifischen Diagnose führen, die zu einer Verbesserung der Verlässlichkeit der Diagnose von birkenpollen-assoziierten Nahrungsmittelallergien führen könnte, aber auch auf andere Allergien übertragbar wäre.