Die physiologische und immunologische Rolle von PR-10 Allergenen

Die allergische Sofortreaktion vom Typ I ist die am weitesten verbreitete Form der Hypersensitivität. Hierbei wirken prinzipiell harmlose Proteine als Allergene, die von Immunoglobulinen der Klasse E (IgE) erkannt werden und in kürzester Zeit zu allergischen Beschwerden führen. In Nordamerika und Zentraleuropa wird ein Großteil der allergischen Sofortreaktionen von Pollen– und Nahrungsmittelallergenen der Bet v 1-Superfamilie ausgelöst. Die Bet v 1-homologen Vertreter werden meist in Form von multiplen, beinahe identischen Isoformen durch umweltbedingten Stress induziert und in die pathogenesis related 10 Proteinfamilie (PR-10) untergeordnet. Trotz jahrzehntelanger Forschung und der zunehmenden klinischen Relevanz ist die genaue physiologische Funktion, sowie die Anzahl und Lage der Interaktionsflächen (Epitope) von PR-10 Allergenen mit IgE bis heute unbekannt. In dieser Arbeit wurde durch gezielte Variation von Aminosäuren ein potentielles IgE-Epitop des Hauptbirkenpollenallergens Bet v 1 auf das strukturell homologe, jedoch nicht allergene PR-10 Enzym (s)-Norcoclaurin-Synthase (NCS) übertragen. Nach Bestätigung der strukturellen Integrität mittels Circulardichroismus- (CD) und magnetischer Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR), konnte eine Interaktion der konstruierten NCS-Varianten mit IgE nachgewiesen werden. Dieses System, welches als epitope grafting bezeichnet wird, ermöglicht die zukünftige Analyse von PR-10-Epitopen auf molekularer Ebene und könnte zur Herstellung von hypoallergenen Varianten für die Allergenspezifische Immuntherapie beitragen. Ein vergleichsweise neues Mitglied der PR-10 Familie ist das Erdbeerallergen Fra a 1. Die in dieser Arbeit mittels NMR-Spektroskopie bestimmte dreidimensionale Struktur der rekombinanten Isoform Fra a 1E zeigt eine für PR-10 Allergene typische Faltung. Im Vergleich zu anderen homologen Allergenen sorgen einige signifikante strukturelle Unterschiede in Fra a 1E jedoch zur Ausbildung eines größeren hydrophoben Innenraums, der zum Transport oder der Lagerung verschiedener Liganden im Biosyntheseweg des Erdbeerfarbstoffes dienen könnte. Das Hauptbirkenpollenallergen Bet v 1 ist bereits biochemisch, strukturell und immunologisch umfangreich untersucht. Seit Aufklärung seiner dreidimensionalen Struktur vor etwa 20 Jahren wurde jedoch nach einem physiologischen Bindungspartner im hydrophoben Hohlraum des Allergens gesucht. In dieser Arbeit konnte Bet v 1 im Komplex mit seinem natürlichen Interaktionspartner Quercetin-3-O-Sophorosid (Q3OS) aus reifen Birkenpollen extrahiert und gereinigt werden. Anhand von Ultraviolett- (UV), Fluoreszenz- und NMR-Experimenten wurde die hohe Spezifität der Interaktion in vitro analysiert und das diglykosylierte Flavonoid als natürlicher Bindungspartner von Bet v 1 bestätigt. Weiterhin zeigen antikörperbasierende Nachweisverfahren, dass die Bindung von Q3OS keinen direkten Einfluss auf das IgE-Interaktionsverhalten von Bet v 1 ausübt. Ein möglicher sensibilisierender oder indirekter Effekt des Bet v 1-Liganden auf das Immunsystem ist jedoch nicht auszuschließen. Die an diese Erkenntnisse anknüpfenden Experimente beschäftigten sich schließlich mit der Rolle von drei Bet v 1-Isoformen mit unterschiedlichem allergenen Potential. Hierfür wurden die Isoformen rekombinant produziert, gereinigt und deren Interaktion mit verschiedenen potentiellen Bindungspartnern mittels NMR– und UV-Spektroskopie analysiert. Dabei zeigte sich, dass weitere glykosylierte Flavonoide physiologische Liganden von Bet v 1 darstellen könnten. Jede Isoform weist dabei ein individuelles Bindungsverhalten auf, wobei die Spezifität der Bindung von der Stereochemie und der Anzahl an Zuckerresten der Liganden abhängt. Bedingt durch ihre variablen Absorptionseigenschaften und der hohen UV-Toleranz, dienen Komplexe aus Bet v 1-Isoformen und Flavonoiden vermutlich dem anpassungsfähigen Schutz der Pollen-DNA vor örtlicher Sonnenstrahlung.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Bayreuth

Year

2015

Author dc:creator

• Seutter von Loetzen, Christian

Contributors dc:contributor

• Rösch, Paul

Repository record source_url

https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/2083/

OAI identifier oai:identifier

oai:epub.uni-bayreuth.de:2083