Reactivity of IgE to the allergen hyaluronidase from Polybia paulista (Hymenoptera, Vespidae) venom

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Using Proteomic Strategies for Sequencing and Post-Translational Modifications Assignment of Antigen-5, a Major Allergen from the Venom of the Social Wasp Polybia paulista

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Evaluation of comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to rapid scanning quadrupole mass spectrometry for quantitative analysis

Comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC x GC) is a powerful technique that provides excellent separation and identification of analytes in highly complex samples with considerable increase in GC peak capacities. However, since second dimension analyses are very fast, detectors with a rapid acquisition rate are required. Over the last years, quite a number of studies have discussed the potential and limitations of the combination GC x GC with a variety of quadrupole mass spectrometers. The present research focuses on the evaluation of qMS effectiveness at a 10,000-amu/s scan speed and 20-Hz scan frequency for the identification (full scan mode acquisition-TIC) and quantification (extracted ion chromatogram) of target pesticide residues in tomato samples. The following MS parameters have been evaluated: number of data points per peak, mass spectrum quality, peak skewing, and sensitivity. The validated proposed GC x GC/qMS method presented satisfactory results in terms of repeatability (coefficient of variation lower than 15%), accuracy (84-117%), and linearity (ranging from 25 to 500 ng/g), while significant enhancement in sensitivity was observed (a factor of around 10) under scan conditions. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

An Insight into the Sialotranscriptome of Triatoma matogrossensis, a Kissing Bug Associated with Fogo Selvagem in South America

Triatoma matogrossensis is a Hemiptera that belongs to the oliveirai complex, a vector of Chagas' disease that feeds on vertebrate blood in all life stages. Hematophagous insects' salivary glands (SGs) produce potent pharmacologic compounds that counteract host hemostasis, including anticlotting, antiplatelet, and vasodilatory molecules. Exposure to T. matogrossensis was also found to be a risk factor associated with the endemic form of the autoimmune skin disease pemphigus foliaceus, which is described in the same regions where Chagas' disease is observed in Brazil. To obtain a further insight into the salivary biochemical and pharmacologic diversity of this kissing bug and to identify possible allergens that might be associated with this autoimmune disease, a cDNA library from its SGs was randomly sequenced. We present the analysis of a set of 2,230 (SG) cDNA sequences, 1,182 of which coded for proteins of a putative secretory nature.

Influence of climate changes on cross allergies: possible involvement of pollen transglutaminase

Allergies are a complex of symptoms derived from altered IgE-mediated reactions of the immune system towards substances known as allergens. Allergic sensibilization can be of food or respiratory origin and, in particular, apple and hazelnut allergens have been identified in pollens or fruits. Allergic cross-reactivity can occur in a patient reacting to similar allergens from different origins, justifying the research in both systems as in Europe a greater number of people suffers from apple fruit allergy, but little evidence exists about pollen. Apple fruit allergies are due to four different classes of allergens (Mal d 1, 2, 3, 4), whose allergenicity is related both to genotype and tissue specificity; therefore I have investigated their presence also in pollen at different time of germination to clarify the apple pollen allergenic potential. I have observed that the same four classes of allergens found in fruit are expressed at different levels also in pollen, and their presence might support that the apple pollen can be considered allergenic as the fruit, deducing that apple allergy could also be indirectly caused by sensitization to pollen. Climate changes resulting from increases in temperature and air pollution influence pollen allergenicity, responsible for the dramatic raise in respiratory allergies (hay fever, bronchial asthma, conjunctivitis). Although the link between climate change and pollen allergenicity is proven, the underlying mechanism is little understood. Transglutaminases (TGases), a class of enzymes able to post-translationally modify proteins, are activated under stress and involved in some inflammatory responses, enhancing the activity of pro-inflammatory phospholipase A2, suggesting a role in allergies. Recently, a calcium-dependent TGase activity has been identified in the pollen cell wall, raising the possibility that pollen TGase may have a role in the modification of pollen allergens reported above, thus stabilizing them against proteases. This enzyme can be involved also in the transamidation of proteins present in the human mucosa interacting with surface pollen or, finally, the enzyme itself can represent an allergen, as suggested by studies on celiac desease. I have hypothesized that this pollen enzyme can be affected by climate changes and be involved in exhacerbating allergy response. The data presented in this thesis represent a scientific basis for future development of studies devoted to verify the hypothesis set out here. First, I have demonstrated the presence of an extracellular TGase on the surface of the grain observed either at the apical or the proximal parts of the pollen-tube by laser confocal microscopy (Iorio et al., 2008), that plays an essential role in apple pollen-tube growth, as suggested by the arrest of tube elongation by TGase inhibitors, such as EGTA or R281. Its involvement in pollen tube growth is mainly confirmed by the data of activity and gene expression, because TGase showed a peak between 15 min and 30 min of germination, when this process is well established, and an optimal pH around 6.5, which is close to that recorded for the germination medium. Moreover, data show that pollen TGase can be a glycoprotein as the glycosylation profile is linked both with the activation of the enzyme and with its localization at the pollen cell wall during germination, because from the data presented seems that the active form of TGase involved in pollen tube growth and pollen-stylar interaction is more exposed and more weakly bound to the cell wall. Interestingly, TGase interacts with fibronectin (FN), a putative SAMs or psECM component, inducing possibly intracellular signal transduction during the interaction between pollen-stylar occuring in the germination process, since a protein immunorecognised by anti-FN antibody is also present in pollen, in particular at the level of pollen grain cell wall in a punctuate pattern, but also along the shank of the pollen tube wall, in a similar pattern that recalls the signal obtained with the antibody anti TGase. FN represents a good substrate for the enzyme activity, better than DMC usually used as standard substrate for animal TGase. Thus, this pollen enzyme, necessary for its germination, is exposed on the pollen surface and consequently can easily interact with mucosal proteins, as it has been found germinated pollen in studies conducted on human mucus (Forlani, personal communication). I have obtained data that TGase activity increases in a very remarkable way when pollen is exposed to stressful conditions, such as climate changes and environmental pollution. I have used two different species of pollen, an aero allergenic (hazelnut, Corylus avellana) pollen, whose allergenicity is well documented, and an enthomophylus (apple, Malus domestica) pollen, which is not yet well characterized, to compare data on their mechanism of action in response to stressors. The two pollens have been exposed to climate changes (different temperatures, relative humidity (rH), acid rain at pH 5.6 and copper pollution (3.10 µg/l)) and showed an increase in pollen surface TGase activity that is not accompanied to an induced expression of TGase immunoreactive protein with AtPNG1p. Probably, climate change induce an alteration or damage to pollen cell wall that carries the pollen grains to release their content in the medium including TGase enzyme, that can be free to carry out its function as confirmed by the immunolocalisation and by the in situ TGase activity assay data; morphological examination indicated pollen damage, viability significantly reduced and in acid rain conditions an early germination of apple pollen, thus possibly enhancing the TGase exposure on pollen surface. Several pollen proteins were post-translationally modified, as well as mammalian sPLA2 especially with Corylus pollen, which results in its activation, potentially altering pollen allergenicity and inflammation. Pollen TGase activity mimicked the behaviour of gpl TGase and AtPNG1p in the stimulation of sPLA2, even if the regulatory mechanism seems different to gpl TGase, because pollen TGase favours an intermolecular cross-linking between various molecules of sPLA2, giving rise to high-molecular protein networks normally more stable. In general, pollens exhibited a significant endogenous phospholipase activity and it has been observed differences according to the allergenic (Corylus) or not-well characterized allergenic (Malus) attitude of the pollen. However, even if with a different intensity level in activation, pollen enzyme share the ability to activate the sPLA2, thus suggesting an important regulatory role for the activation of a key enzyme of the inflammatory response, among which my interest was addressed to pollen allergy. In conclusion, from all the data presented, mainly presence of allergens, presence of an extracellular TGase, increasing in its activity following exposure to environmental pollution and PLA2 activation, I can conclude that also Malus pollen can behave as potentially allergenic. The mechanisms described here that could affect the allergenicity of pollen, maybe could be the same occurring in fruit, paving the way for future studies in the identification of hyper- and hypo- allergenic cultivars, in preventing environmental stressor effects and, possibly, in the production of transgenic plants.

Genomic and transcriptional analysis of allergen genes in apple (Malus x domestica)

Apple consumption is highly recomended for a healthy diet and is the most important fruit produced in temperate climate regions. Unfortunately, it is also one of the fruit that most ofthen provoks allergy in atopic patients and the only treatment available up to date for these apple allergic patients is the avoidance. Apple allergy is due to the presence of four major classes of allergens: Mal d 1 (PR-10/Bet v 1-like proteins), Mal d 2 (Thaumatine-like proteins), Mal d 3 (Lipid transfer protein) and Mal d 4 (profilin). In this work new advances in the characterization of apple allergen gene families have been reached using a multidisciplinary approach. First of all, a genomic approach was used for the characterization of the allergen gene families of Mal d 1 (task of Chapter 1), Mal d 2 and Mal d 4 (task of Chapter 5). In particular, in Chapter 1 the study of two large contiguos blocks of DNA sequences containing the Mal d 1 gene cluster on LG16 allowed to acquire many new findings on number and orientation of genes in the cluster, their physical distances, their regulatory sequences and the presence of other genes or pseudogenes in this genomic region. Three new members were discovered co-localizing with the other Mal d 1 genes of LG16 suggesting that the complexity of the genetic base of allergenicity will increase with new advances. Many retrotranspon elements were also retrieved in this cluster. Due to the developement of molecular markers on the two sequences, the anchoring of the physical and the genetic map of the region has been successfully achieved. Moreover, in Chapter 5 the existence of other loci for the Thaumatine-like protein family in apple (Mal d 2.03 on LG4 and Mal d 2.02 on LG17) respect the one reported up to now was demonstred for the first time. Also one new locus for profilins (Mal d 4.04) was mapped on LG2, close to the Mal d 4.02 locus, suggesting a cluster organization for this gene family, as is well reported for Mal d 1 family. Secondly, a methodological approach was used to set up an highly specific tool to discriminate and quantify the expression of each Mal d 1 allergen gene (task of Chapter 2). In aprticular, a set of 20 Mal d 1 gene specific primer pairs for the quantitative Real time PCR technique was validated and optimized. As a first application, this tool was used on leaves and fruit tissues of the cultivar Florina in order to identify the Mal d 1 allergen genes that are expressed in different tissues. The differential expression retrieved in this study revealed a tissue-specificity for some Mal d 1 genes: 10/20 Mal d 1 genes were expressed in fruits and, indeed, probably more involved in the allergic reactions; while 17/20 Mal d 1 genes were expressed in leaves challenged with the fungus Venturia inaequalis and therefore probably interesting in the study of the plant defense mechanism. In Chapter 3 the specific expression levels of the 10 Mal d 1 isoallergen genes, found to be expressed in fruits, were studied for the first time in skin and flesh of apples of different genotypes. A complex gene expression profile was obtained due to the high gene-, tissue- and genotype-variability. Despite this, Mal d 1.06A and Mal d 1.07 expression patterns resulted particularly associated with the degree of allergenicity of the different cultivars. They were not the most expressed Mal d 1 genes in apple but here it was hypotized a relevant importance in the determination of allergenicity for both qualitative and quantitative aspects of the Mal d 1 gene expression levels. In Chapter 4 a clear modulation for all the 17 PR-10 genes tested in young leaves of Florina after challenging with the fungus V. inaequalis have been reported but with a peculiar expression profile for each gene. Interestingly, all the Mal d 1 genes resulted up-regulated except Mal d 1.10 that was down-regulated after the challenging with the fungus. The differences in direction, timing and magnitude of induction seem to confirm the hypothesis of a subfunctionalization inside the gene family despite an high sequencce and structure similarity. Moreover, a modulation of PR-10 genes was showed both in compatible (Gala-V. inaequalis) and incompatible (Florina-V. inaequalis) interactions contribute to validate the hypothesis of an indirect role for at least some of these proteins in the induced defense responses. Finally, a certain modulation of PR-10 transcripts retrieved also in leaves treated with water confirm their abilty to respond also to abiotic stress. To conclude, the genomic approach used here allowed to create a comprehensive inventory of all the genes of allergen families, especially in the case of extended gene families like Mal d 1. This knowledge can be considered a basal prerequisite for many further studies. On the other hand, the specific transcriptional approach make it possible to evaluate the Mal d 1 genes behavior on different samples and conditions and therefore, to speculate on their involvement on apple allergenicity process. Considering the double nature of Mal d 1 proteins, as apple allergens and as PR-10 proteins, the gene expression analysis upon the attack of the fungus created the base for unravel the Mal d 1 biological functions. In particular, the knowledge acquired in this work about the PR-10 genes putatively more involved in the specific Malus-V. inaequalis interaction will be helpful, in the future, to drive the apple breeding for hypo-allergenicity genotype without compromise the mechanism of response of the plants to stress conditions. For the future, the survey of the differences in allergenicity among cultivars has to be be thorough including other genotypes and allergic patients in the tests. After this, the allelic diversity analysis with the high and low allergenic cultivars on all the allergen genes, in particular on the ones with transcription levels correlated to allergencity, will provide the genetic background of the low ones. This step from genes to alleles will allow the develop of molecular markers for them that might be used to effectively addressed the apple breeding for hypo-allergenicity. Another important step forward for the study of apple allergens will be the use of a specific proteomic approach since apple allergy is a multifactor-determined disease and only an interdisciplinary and integrated approach can be effective for its prevention and treatment.

Molekulare Reaktionsmuster in dendritischen Zellen nach Allergenexposition

Allergische Erkrankungen, wie zum Beispiel die allergische Rhinitis oder das allergische Asthma haben im Verlauf der letzten vier Jahrzehnte stark zugenommen. So leidet heute jeder vierte bis fünfte Mensch an einer Allergie. Ausgelöst wird diese IgE-vermittelte Hypersensibilitätsreaktion des Typs I (Allergie vom Soforttyp) von Allergenen und beruht auf der Aktivierung von Mastzellen durch die Interaktion eines Antigens mit dem an eine Mastzelle über die Fc-Rezeptoren gebundenen IgE-Moleküls. Die degranulierende Mastzelle sezerniert Mediatoren, was zu einem Auftreten von allergischen Symptomen führt. Die Bildung von IgE wird durch das von TH2-Zellen produzierte Zytokin IL-4 induziert. Das von TH1-Zellen produzierte Zytokin IFN- ist in der Lage die Sekretion von IL-4 zu inhibieren, wie auch IL-4 hemmend auf die Produktion von IFN- wirkt. Dieses TH1-/ TH2-Gleichgewicht ist bei allergischen Erkrankungen in Richtung TH2 verschoben. Allergene werden von antigenpräsentierenden Zellen aufgenommen, prozessiert und auf der Zelloberfläche präsentiert. Die potentesten antigenpräsentierenden Zellen sind die dendritischen Zellen, die nach Kontakt mit einem Allergen in die benachbarten Lymphknoten wandern, ausreifen und kostimulatorische Moleküle exprimieren. Sie sind so in der Lage T-Zellen zu aktivieren und entweder in TH1- oder in TH2-Zellen differenzieren zu lassen. Die zytokinabhängige TH1- beziehungsweise TH2-Differenzierung führt zur Aktivierung der Januskinasen. Im aktiven Zustand phosphorylieren sie STAT-Moleküle, die dimerisieren und in den Zellkern translozieren, wo sie unter anderem als Transkriptionsfaktoren für Zytokingene dienen. Unreife humane dendritische Zellen von Allergikern zeigen nach Stimulation mit Proteinallergenen eine schnelle Phosphorylierung des mit der TH2-Entwicklung assoziierten STAT6. Dahingegen sind TH1-Antwort hervorrufende Kontaktallergene nicht in der Lage STAT6 oder andere STAT-Moleküle in dendritischen Zellen zu induzieren. Die Transkriptionsfaktoren T-bet und GATA3 sind ebenfalls von Bedeutung für die TH1-/TH2-Entwicklung, da T-bet ausschließlich in TH1-Zellen, GATA3 nur in TH2-Zellen exprimiert wird. Die Regulation des JAK/STAT-Weg unterliegt den Molekülen der intrazellulär vorkommenden Familie der SOCS-Proteine. SOCS3 ist in TH2-Zellen höher exprimiert als SOCS1, wohingegen SOCS1 in TH1-Zellen eine erhöhte Expression gegenüber SOCS3 aufweist. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Proteinallergenen auf humane dendritische Zellen untersucht. Zunächst konnte eine morphologische Veränderung der unreifen dendritischen Zellen nach Kontakt mit dem Allergenextrakt beobachtet werden. Die beginnende Ausreifung der Zellen konnte mittels Durchflußzytometrie anhand der kostimulatorischen Moleküle CD80 und CD86, insbesondere aber über den Marker für reife dendritische Zellen CD83, nachgewiesen werden. Die zu beobachtende beginnende Ausreifung scheint ein Effekt des bakteriellen Lipopolysaccharids (LPS) zu sein, das in dem Allergenextrakt vorkommt, da sich durch Zugabe des kationischen Antibiotikums Polymyxin B die beginnende Reifung verhindern ließ. Auf RNA-Ebene war es im Rahmen dieser Arbeit möglich, den Einfluss verschiedener Allergene auf unreifen humanen dendritischen Zellen näher zu charakterisieren. So weisen unreife humane dendritische Zellen nach Kontakt mit Proteinallergenextrakt ein TH2-assoziiertes Genexpressionprofil auf, was sich durch eine erhöhte relative Expression der Gene SOCS3 und GATA3 auszeichnet. Im Gegensatz hierzu zeigen unreife humane dendritische Zellen nach Inkubation mit dem Kontaktallergen MCI/MI eine erhöhte relative Expression des Gens T-bet, was mit einer TH1-Antwort assoziiert ist. Nach Zugabe des „TH1-/ TH2-neutralen“ Tetanustoxoids konnten erhöhte relative Expressionen der Gene GATA3, T-bet und SOCS3 gemessen werden. Die Ergebnisse in dem in dieser Arbeit benutzten humanen in vitro System geben Anlass zur Hypothese, dass die Art der Immunantwort (TH1 versus TH2) sich bereits auf Ebene der dendritischen Zellen anbahnt. GeneChip-Analysen mittels High Density Micro Arrays von unreifen humanen dendritischen Zellen, die entweder mit Proteinallergenextrakt oder mit LPS in Berührung kamen, zeigten statistisch signifikant regulierte Gene, die allerdings keine Gemeinsamkeiten aufwiesen. Es konnten für die mit Alllergenextrakt gepulsten dendritischen Zellen insgesamt 10 Gene identifiziert werden, jedoch gelang es nicht, diese näher zu deuten oder in einen Zusammenhang mit der allergischen Erkrankung oder der dendritischen Zelle zu bringen. Für die mit LPS, dem stärkeren Stimulus, gepulsten dendritischen Zellen konnten 40 Gene identifiziert werden, die unter anderem für die Maturierung der dendritischen Zelle verantwortlich sind. Zudem war es möglich, die Daten der Arrays auf Proteinebene exemplarisch anhand des Chemokins CXCL2 (Gro-β) zu verifizieren.

Rolle von NFATc2 in einem murinen Asthmamodell

Nuclear factor of activated T cells (NFAT) ist eine Familie der Transkriptionsfaktoren, welche eine wichtige Rolle bei der Regulation der T-Zellvermittelten Signalkaskade in der Lymphozytenpopulation spielt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Nuclear Factor of Activated T cells-2 (NFATc2) defiziente Mäuse einen erhöhten Atemwegswiderstand, einen pathologische Veränderung der Lunge und einen erhöhten IgE Spiegel im Vergleich zu den Wildtypen vorweisen. Die NFATc2 Defizienz konnte ebenfalls sowohl mit einer erhöhten Anzahl an Th2 und Th17 Zellen, die eine erhöhte Proliferation vorweisen, als auch einer erniedrigten Anzahl an CD8+ CD122- T-Zellen, die geringere Mengen an IFN-g produzieren, in Verbindung gebracht werden. Die aus den NFATc2(-/-) Mäusen isolierten CD4+ T-Zellen zeigen im Vergleich zu denen der Wildtypen neben der erhöhten Proliferation einen vermehrte Aktivierung (CD4higCD44highCD69high). Weiterhin konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass in Anwesenheit eines Allergens, die NFATc2(-/-) Mäuse eine erhöhte Anzahl an regulatorischen T-Zellen (CD4+CD25+Foxp3+GITR++) in der Lunge vorweisen, die wiederum die Effektorzellen in diesen hemmen. Ein Grund für die geringere Freisetzung an IFN-g durch die CD8+ T-Zellen in den NFATc2 defizienten Mäusen ist eine erhöhte Subpopulation von CD8+CD122+ (IL-2Rb Kette) CD127hi (IL-7Ra Kette) „long-lived memory Zellen“ in den NFATc2(-/-) Mäusen. Diese besitzen einen regulatorischen Effekt, so dass immundefiziente SCID Mäuse, die in einem adoptiven Transfer mit OVA-spezifischen CD8+ und CD4+ T-Zellen, welchen aus NFATc2(-/-) Mäuse isoliert werden, behandelt wurden, eine erhöhten Atemwegswiderstand, eine erhöhte IL-17 und eine erniedrigte IFN-g Produktion vorweisen. Eine Depletion der memory CD8+CD122+IL-7Rhigh T-Zellen hebt dagegen die verringerte IFN-g Produktion der CD8+CD122- T-Zellen auf und führt zu einer Erniedrigung des Atemwegswiderstandes in einem SCID Model Zusammenfassend zeigen unsere Untersuchungen, dass sowohl die IFN-g Produktion der CD8+ Effektor T-Zellen als auch die Anzahl an CD4+CD25+Foxp3+GITR++ regulatorischen T-Zellen die Entwicklung der Th2 und Th17 als auch die Höhe des Atemwegswiderstandes unterdrückt.

Isolierung und Charakterisierung allergener Proteine aus der Amerikanischen Schabe (Periplaneta americana)

Allergie gegen Schaben ist eine der Hauptursachen für das Auftreten von allergischem Asthma und allergischer Rhinitis. Verursacht werden diese Krankheiten durch die Schabenallergene. Obwohl bisher zahlreiche Allergene identifiziert wurden, ist bisher nicht bekannt, was ein Protein tatsächlich zu einem Allergen macht. Um die intrinsischen Eigenschaften von Allergenen besser verstehen zu können, wurden in dieser Arbeit Reinigungsprotokolle für die zwei Allergenklassen Per a 3 und Per a 9 aus der Amerikanischen Schabe entwickelt und die Allergene biochemisch und immunologisch charakterisiert. Die Besonderheit der Per a 3-Allergene liegt zum einen darin, dass bisher keine kreuzreagierenden Allergene bekannt sind und zum anderen, dass es sich um -hinsichtlich Temperatur, Harnstoff und Hydrolyse- sehr stabile hexamere Proteine handelt. Zudem sind sie in ihrer nativen hexameren Oligomerisierung stärkere Allergene und in dissoziierter Form könnten sie geeignete Kandidaten für eine Immuntherapie sein. Proteinbiochemisch sind die Per a 3-Allergene als Hexamerine einzustufen. Bei Per a 9 handelt es sich um eine monomere Arginin-Kinase mit allergenem Potential. Aufgrund der weiten Verbreitung der Arginin-Kinasen, den hohen Sequenzidentitäten zu weiteren Invertebraten-Arginin-Kinasen und den bisher bekannten Kreuzreaktionen sind diese Proteine aus Invertebraten wahrscheinlich als Pan-Allergene einzustufen.

Proteine im Wein

Untersucht wird die Proteinzusammensetzung verschiedener Weinsorten der Anbaugebiete Rheinhessen, Rheingau und Pfalz. Es erfolgt erstmalig die Identifizierung der Proteine eines Rotweins (Portugieser 2005 aus der Pfalz). Hierzu werden die Proteine mittels Dialyse und Gefriertrocknung konzentriert, auf einer SDS-PAGE aufgetrennt und mittels ESI-Q-TOF-Massenspektrometrie identifiziert. Von den identifizierten Proteinen des Rotweins stammen zwölf aus der Weinbeere und sechs werden im Laufe der Weinbereitung durch die Hefe ein-gebracht. Der Großteil der über die Weinbeere in den Wein gelangten Proteine ist der Gruppe der Pathogenese bezogenen Proteine zuzuordnen. Ein Vergleich der Proteinzusammensetzung verschiedener Rotweine, Weißweine und Rosé-weine zeigt, dass ein gemeinsames Proteinspektrum in allen Weinsorten enthalten ist, es je-doch auch Unterschiede hinsichtlich der Proteinzusammensetzung und Konzentration der ein-zelnen Proteine zwischen den Rebsorten, insbesondere roten und weißen, gibt. In Portugieser Rotwein des Jahrgangs 2005 aus der Pfalz sowie in Dornfelder Rotwein der Jahrgänge 2002, 2003, 2004 und 2005 kann das als Allergen beschriebene Lipid Transfer Pro-tein (Isoform 4) nachgewiesen werden. In den untersuchten Weißweinsorten Riesling, Sau-vignon Blanc, Morio Muskat sowie Gewürztraminer ist dieses nicht bzw. nur in sehr geringen Mengen enthalten. Ebenfalls nur in Rotwein wird eine Klasse IV Endochitinase identifiziert, die als Allergen in jungem Rotwein bereits beschrieben wurde. Außerdem bedingen Chitin-asen zusammen mit den Thaumatin-ähnlichen Proteinen die Proteininstabilität. Thaumatin-ähnliche Proteine stellen in allen Weinsorten den größten Anteil der Proteine dar. Viele der Weinproteine liegen in glykosylierter Form vor, was durch die Perjodsäurefärbung und den Lektinblot gezeigt werden kann. Mit der Detektion von Thaumatin-ähnlichen Proteinen, Lipid Transfer Proteinen sowie einer Endochitinase werden potentielle Allergene im Wein nachgewiesen sowie strukturell mit be-kannten Allergenen verglichen. Die Kenntnis der Proteinzusammensetzung im Wein bildet die Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur Weinstabilität und zur Allergenität von Weinproteinen.

Die Rolle CD4 + CD25 + regulatorischer T-Zellen in der Niedrigzonentoleranz gegenüber Kontaktallergenen

Die allergische Kontaktdermatitis ist eine der häufigsten Berufserkrankungen, die durch die Exposition mit hohen Mengen eines Kontaktallergens ausgelöst wird. In Mausmodellen sehen wir, dass mittels einer Niedrigzonentoleranz (NZT) die Bildung einer Kontaktsensibilisierung unterdrückt werden kann. Bei der NZT führt die epikutane Applikation von subimmunogenen Dosen zu einer systemischen Toleranzentwicklung, die durch CD8+ Suppressor-T-Zellen Hapten-spezifisch vermittelt wird. Für die Generierung dieser CD8+ Suppressor-T-Zellen sind IL-10-sezernierende CD4+ regulatorischen T-Zellen (Tregs) notwendig. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollte in dieser Arbeit überprüft werden, ob natürlichen Tregs (nTregs) bei der NZT eine Rolle spielen und die Funktion und Aufgaben dieser Zellen während der NZT untersucht werden. rnWir konnten keine erhöhte Anzahl von nTregs während der Niedrigzonentoleranz gegenüber Kontaktallergenen im Vergleich zur CHS charakterisieren. Weiterhin haben wir gezeigt, dass eine Reduktion der nTregs durch Depletion mittels anti-CD25-Anikörper oder durch Cyclophosphamid-Gabe die Entstehung der CD8+ Suppressor-T-Zellen der NZT unterdrückt und damit die Entwicklung der Toleranzreaktion verhindert wird. Ferner wurde beobachtet, dass eine epikutane NZT Hapten-spezifisch durch CD8+ T-Zellen übertragen werden kann, während CD4+CD25+ T-Zellen eine Hapten-unspezifische Wirkung zeigten.rn

Characterization of primary biogenic aerosol particles by DNA analysis: Diversity of airborne Ascomycota and Basidiomycota

Primary biogenic aerosol (PBA) particles account for large proportions of air particulate matter, and they can influence the hydrological cycle and climate as nuclei for water droplets and ice crystals in clouds, fog, and precipitation. Moreover, they can cause or enhance human, animal, and plant diseases. The actual abundance and properties of PBA particles and components in the atmosphere are, however, still poorly understood and quantified. rnIn this study, the identity, diversity, and frequency of occurrence of PBA particles were investigated by DNA analysis. Methods for the extraction, amplification, and analysis of DNA from aerosol filter samples were developed and optimized for different types of organisms, including fungi, bacteria, and plants. The investigations were focused on fungal DNA, and over 2500 sequences were obtained from air samples collected at different locations and climatic zones around the world (tropical, mid-latitude, sub-polar; continental, marine). rnNearly all fungal DNA sequences could be attributed to the phyla of Ascomycota and Basidiomycota. With regard to species richness, the ratio of Basidiomycota to Ascomycota was much higher in continental air samples (~60:40) than in marine air samples (~30:70). Pronounced differences in the relative abundance and seasonal cycles of various groups of fungi were detected in coarse and fine particulate matter from continental air, with more plant pathogens in the coarse and more human pathogens and allergens in the respirable fine particle fraction (<3 µm). The results of this study provide new information and insights into the sources of PBA particles and the interactions of the biosphere with the atmosphere, climate, and public health. rn

Flagellin:allergen fusion proteins as novel vaccines for the treatment of severe type I allergies

Over the last decades the prevalence of food allergies has continually increased on a world wide scale. While there are effective treatments available for bee and wasp venom allergic patients, there is currently no established therapy for the treatment of severe food allergies. Aim of the project was to genetically fuse different food allergens with the immune modulating Toll-like receptor 5 (TLR5)-ligand flagellin and to test these constructs for their immune modulatory capacities both in vitro and in vivo. Chicken ovalbumin (Ova) as model antigen, Pru p 3, and Ara h 2 the respective major allergens from peach and peanut were used as allergens. The potential vaccine candidates were characterized by protein biochemical methods (purity, folding, endotoxin contaminations). Moreover, their immune modulating effects on cell culture lines (TLR5-receptor activation) and primary mouse immune cells (myeloid and plasmacytoid dendritic cells) were investigated. Additionally, the prophylactic and therapeutic use of the flagellin Ova fusion protein (rflaA:Ova) were investigated in a mouse model of intestinal allergy. In myeloid dendritic cells (mDC) stimulation with the fusion proteins led to a strong cell activation and cytokine secretion. Here, the fusion proteins proved to be a much stronger stimulus than the equimolar amount of both proteins provided alone or as a mixture. Noteworthy, stimulation with rflaA:Ova induced the secretion of the anti-inflammatory cytokine IL-10 from mDC. In co-culture experiments this IL-10 secretion suppressed the Ova-induced secretion of Th1 and Th2 cytokines from Ova-specific CD4 T cells. Using MyD88-deficient mDC this repression of cytokine secretion was shown to be TLR-dependent. Finally, the potency of the rflaA:Ova construct was investigated in a mouse model of Ova-induced intestinal allergy. In a prophylactic vaccination approach rflaA:Ova was shown to prevent the establishment of the intestinal allergy and all associated symptoms (weight loss, temperature drop, soft faeces). This fusion protein-mediated protection was accompanied by a reduced T cell activation, and reduced Th2 cytokines in intestinal homogenates. These effects were paralleled by a strong induction of Ova-specific IgG2a antibodies in rflaA:Ova-vaccinated sera, while Ova-specific IgE antibody production was significantly reduced. Therapeutic vaccination with rflaA:Ova reduced allergic symptoms and T cell activation but did not influence weight loss and antibody production. In all in vivo experiments vaccination with both proteins either provided alone or as a mixture did not have comparable effects. Future experiments aim at elucidating the mechanism and further optimization of the therapeutic vaccination approach. The results presented in this thesis demonstrate, that fusion proteins containing flagellin have strong immune modulatory capacities both in vitro and in vivo. Therefore, such constructs are promising vaccine candidates for the therapy of type I allergies.

Inhibition allergenspezifischer Immunantworten im Mausmodell der Typ-I Allergie nach biolistischer Vakzinierung mit allergenkodierenden Plasmiden in Kombination mit für immunmodulatorische Moleküle kodierender Plasmid-DNA

Die Induktion von Toleranz spielt bei der Inhibition allergischer Immunreaktionen eine wichtige Rolle. Hierbei ist die Induktion regulatorischer T Zellen (Treg) von großer Bedeutung. Da zu einer erfolgreichen Behandlung von allergischen Erkrankungen bisher nur wenige Therapiemöglichkeiten zur Verfügung stehen wie die spezifische Immuntherapie (SIT), die allerdings nicht immer zum Erfolg führt, ist es wichtig neue Therapieformen zu entwickeln. rnIn dieser Arbeit wurde daher die biolistische DNA-Immunisierung mit Kombinations-Vakzinen bestehend aus einem allergenkodierenden Plasmid (βGalaktosidase (βGal)) in Kombination mit einem Plasmid, welches für ein immunmodulatorisches Molekül kodiert (Indolamin-2,3-Dioxygenase (IDO), Transforming Growth Factor beta (TGF-β) oder Interleukin-10 (IL-10)), durchgeführt und im Mausmodell der allergeninduzierten IgE-vermittelten Atemwegsinflammation auf ihre Wirksamkeit untersucht. Die Expression des Allergens zusammen mit dem immunregulatorischen Molekül in transfizierten Dendritischen Zellen (DCs) sollte zu einer Induktion von Treg führen und somit eine Suppression der Immunantwort bewirken. rnIn den Versuchen wurde zunächst der Effekt einer Transgenexpression unter der Kontrolle des ubiquitären CMV-Promotors mit dem der Transgenexpression unter der Kontrolle des Fascin-Promotors, der eine Genxpression spezifisch in DCs erlaubt, verglichen. Hierbei stellte sich heraus, dass es wichtig ist die Expression des Antigens mit Hilfe des Fascin-Promotors auf DCs zu beschränken. Einzig in diesem Fall konnte nach der Vakzinierung ein inhibitorischer Effekt auf die Entwicklung einer Atemwegshyperreaktivität durch Expression des Immunmodulatoren IDO beobachtet werden. Es zeigte sich auch, dass es von Vorteil ist, wenn das immunregulatorische Molekül unter Verwendung des CMV-Promotors in allen transfizierten Zellen exprimiert wird. Dies bewirkt, dass IDO in ausreichenden Konzentrationen vorhanden ist. rnDie Expression von βGal unter der Kontrolle des Fascin-Promotors (pFascin-βGal) in Kombination mit der Expression der Moleküle IL-10, TGF-β oder IDO unter Kontrolle des CMV-Promotors (pCMV-IL-10, pCMV-TGFβ, pCMV-IDO) bewirkte eine Immunsupprimierung, die sich in einer inhibierten Produktion antigenspezifischer Antikörper, einer verminderten Zytokin-Produktion, einer reduzierten Induktion zytotoxischer T-Zellen und in einer Inhibition der allergeninduzierten Atemwegshyperreaktivität zeigte, im Vergleich zu einer Vakzinierung mit pFascin-βGal in Kombination mit einem Kontroll-Plasmid. Bei nachfolgender Proteinsensibilisierung blieben diese Effekte jedoch nicht bestehen. Einzig durch Vakzinierung mit IL-10-kodierenden Plasmiden konnte eine moderate Verminderung der Atemwegsreaktivität nachgewiesen werden. rnIn einem therapeutischen Modell der Atemwegsinflammation, in dem die Mäuse vor der DNA-Immunisierung mit dem Protein sensibilisiert wurden, wurde demonstriert, dass im Vergleich zu Mäusen, die nur mit dem Protein sensibilisiert wurden, eine DNA-Immunisierung mit pFascin-βGal aber auch mit pCMV-βGal einen inhibierenden Einfluss auf die Entwicklung einer Atemwegsinflammation hat. Eine weitere Reduktion der Atemwegsreaktivität durch eine kombinierte Vakzinierung mit pCMV-IDO wurde nur erreicht, wenn βGal unter der Kontrolle des Fascin-Promotors exprimiert wurde, nicht aber unter Kontrolle des CMV-Promotors.rn

Evaluation eines humanisierten Mausmodells der allergischen Atemwegsentzündung

Aus der zunehmenden Prävalenz allergischer Erkrankungen vor allem in den Industrienationen ergibt sich ein erhöhter Bedarf an Grundlagenforschung im Bereich von Allergie und Asthma sowie der Entwicklung innovativer Therapiestrategien. In der vorliegenden Dissertation wurden die immundefizienten Mausstämme NOD-Scid und NOD-Scid gc als vielversprechender translationaler Schritt zwischen dem reinen Tiermodell und der Erprobung neuer Therapieansätze an Probanden in klinischen Studien beleuchtet. Im experimentellen Verlauf der Arbeit wurde ein humanisiertes Mausmodell der allergischen Atemwegsentzündung zunächst in immundefizienten NOD-Scid und darauffolgend in NOD-Scid gc Mäusen etabliert. Diese Mausstämme zeichnen sich durch das Nichtvorhandensein von B- und T-Zellen aus. Im NOD-Scid gc Stamm resultiert aus einer zusätzlichen Mutation des Gens für die gamma-Kette des IL-2 Rezeptors der Verlust von natürlichen Killerzellen (NK-Zellen), was die Immunität in diesem Stamm weiter herabsetzt und eine Humanisierung erleichtert. Die Humanisierung der Mäuse erfolgte durch die intraperitoneale Injektion von mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs), die unter Anwendung der Ficoll-Dichtezentrifugation aus dem Blut von Probanden isoliert wurden. Für die Gewinnung der PBMCs wurden zum einen Asthma-Patienten mit einer hochgradigen Sensibilisierung gegen Birkenpollen herangezogen. Zum anderen wurden in Kontrollexperimenten PBMCs nicht-allergischer Probanden verwendet. Während sich für den NOD-Scid Stamm 80 Millionen PBMCs als angemessene Transferzahl erwiesen, reichten für die Rekonstitution des NOD-Scid gc Stammes 5 Millionen PBMCs aus. Eine Analyse der Tiere erfolgte 24 Tage nach Injektion der humanen Zellen. Der Transfer der PBMCs allergischer Asthmatiker führte besonders nach additiver Applikation des Birkenallergens sowie des humanen rekombinanten Zytokins IL-4 und darauffolgender nasaler allergener Provokation zu einer starken pulmonalen Entzündung in den Mäusen. Die nasale Allergenprovokation an den Tagen 20-22 nach PBMC-Transfer erwies sich für das Aufkommen der Inflammation als unbedingt erforderlich. Die nasale Provokation mit Phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS) mündete in einer herabgesetzten Inflammation ohne Ausprägung einer Atemwegsüberempfindlichkeit (AHR), reduzierten Zellzahlen in der bronchoalveolären Lavage (BAL) sowie verminderten Frequenzen humaner Zellen in den Lungen von Versuchstieren, die mit atopischen PBMCs supplementiert mit Birkenallergen und IL-4 rekonstituiert wurden. Die Allergenabhängigkeit des etablierten Modells wurde anhand von Experimenten untermauert, die verdeutlichten, dass ein Transfer von PBMCs nicht-allergischer Probanden trotz Zugabe des Allergens und humanem IL-4 keine Atemwegsinflammation auslöste. Bei den humanen Zellen, die an Tag 24 nach Rekonstitution in den Mäusen detektiert werden konnten, handelte es sich hauptsächlich um T-Zellen. Innerhalb dieser CD3+ T-Zellen konnten CD4+ und CD8+ T-Zellen differenziert werden. Depletionsexperimente, in denen nach Gewinnung der PBMCs aus dem Blut der Probanden verschiedene T-Zellsubpopulationen (CD3+, CD4+, CD8+) eliminiert wurden, führten zu dem Befund, dass die allergische Atemwegsentzündung in dem System von humanen CD4+ T-Zellen abhängig war. Nach der Etablierung des humanisierten Mausmodells der allergischen Atemwegsentzündung wurde das System zur Analyse des suppressionsfördernden Potentials des HIV-1 - Hüllproteins gp120 genutzt. Die Applikation von gp120 führte zu einer Reduktion der Atemwegsinflammation. Dies äußerte sich in einer Aufhebung der AHR, verminderten Zellzahlen in der BAL sowie dem reduzierten Einstrom humaner T-Zellen in die Lungen der rekonstituierten Tiere. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die anti-inflammatorische Wirkung des gp120 strikt von der Anwesenheit regulatorischer T-Zellen (Tregs) innerhalb der für die Humanisierung genutzten PBMCs abhängig war. Eine Depletion der Tregs vor Transfer in die Mäuse führte zum Verlust der anti-inflammatorischen Effekte des gp120. Diese Ergebnisse sprechen für die Modulation regulatorischer T-Zellen als hoffnungsvolle Maßnahme in der Behandlung allergischer Erkrankungen. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse eröffnen innovative Ansätze zur Analyse neuer Therapiestrategien in einem Testsystem, dass die Erforschung humaner Zellinteraktionen sowie die Wirkung potentieller Arzneistoffe auf humane Zellen unter in vivo Bedingungen erlaubt.