MHC-Klasse II Tetramere in der Allergieforschung

Im Spätsommer ist die Typ I Allergie auf Beifußpollen die am häufigsten auftretende Pollinose. Sowohl eine intensivere Beforschung ihrer Pathomechanismen als auch die Entwicklung neuer Therapiekonzepte sind daher indiziert. Unsere bisherigen Studien haben gezeigt, dass Beifußpollen nur ein einziges Hauptallergen, Art v 1, beinhaltet, das von 95% der Patienten erkannt wird. Im Gegensatz zu bisher untersuchten relevanten Allergenen, enthält Art v 1 nur ein einziges immundominantes T-Zell-Epitop. Zudem ist die Immunantwort auf Art v 1 mit der Expression von HLA-DRB1*01 hoch signifikant assoziiert. Diese außergewöhnlichen Eigenschaften prädestinieren die Beifußpollen-Allergie für die Charakteri-sierung von Art v 1-spezifischen CD4+ T-Zellen mittels fluoreszenzmarkierter MHC-KlasseII/Peptid-Komplexen. Diese Reagenzien sind erst seit kurzem verfügbar und erlauben die Identifizierung, Charakterisierung und Anreicherung peptid-spezifischer T-Zellen ex vivo. Zusätzlich ist die Beifußpollen-Allergie ein ideales Modell für die Entwicklung einer Peptid-Immuntherapie. Bei dieser neuartigen Form der spezifischen Immuntherapie werden dem Patienten kurze, lineare Peptidstücke aus Allergenen, die keine IgE-Antikörper binden, aber T-Zell-Epitope beinhalten verabreicht. Solche Peptide sind in der Lage, allergie-erzeugende CD4+ Th2-Zellen zu inaktivieren ohne jedoch IgE-mediierte Nebenwirkungen auszulösen, wie sie bei der herkömmlichen Hyposensibilisierung auftreten können. Das vorliegende Projekt hat folgende Zielsetzungen: i) Fluoreszenzmarkierte Tetramere, bestehend aus HLA-DRB1*01 und Art v 1-Peptid, sollen zur Analyse der allergen-spezifischen T-Zellen von Beifußpollen-Allergikern, Nicht-Allergikern und von Patienten vor, während und nach konventioneller Beifuß-Immuntherapie eingesetzt werden. Allergen-spezifische Zellen sollen mittels dieser Tetramere markiert und isoliert werden, um ihre Frequenz ihren Phänotyp (Oberflächenmarker) und ihre Funktion (Zytokinproduktion, Proliferation, Suppression) zu analysieren. ii) Entwicklung einer auf T-Zell-Peptiden basierenden Vakzine für die Beifußpollen-Allergie. Hierfür werden verschiedene Peptide, die das immundominante T-Zell-Epitop von Art v 1 enthalten ausgewählt und hinsichtlich ihrer immunologischen Eigenschaften (keine IgE-bindung und Mediatorfreisetzung, aber T-Zell-Aktivierung) analysiert. Geeignete Peptid-Kandidaten werden dann auf ihre Fähigkeit der Toleranzinduktion an Art v 1- spezifischen Th2-Zellen in vitro überprüft. Zusammenfassend soll unter Anwendung der neuartigen MHC- KlasseII/Tetramer-Technologie die allergen-spezifische T-Zell-Immunantwort am Modell der Beifußpollen- Allergie untersucht werden. Die gewonnenen Ergebnisse ermöglichen neue Einblicke in die Pathophysiologie der Typ I Allergie und die Aufklärung therapie-induzierter immunologischer Toleranzmechanismen wie z.B. Anergie, Deletion oder Suppression. Zusätzlich wird eine Peptid-Vakzine entwickelt werden, die als Basis für spätere klinische Therapiestudien dienen wird. Die im vorliegenden Projekt erarbeiteten Einsichten sind auch im Hinblick auf die Entwicklung tolerogener Vakzine in anderen medizinischen Bereichen, wie z.B. Autoimmunerkrankungen, relevant.

Die IgE-mediierte (Typ I) Allergie ist eine Überreaktion des Immunsystems auf an sich harmlose Substanzen (Allergene). Sie betrifft bereits über 20% der Bevölkerung in industriali-sierten Ländern und kann sich als Heuschnupfen (Rhinokonjunktivitis), allergisches Asthma bronchiale oder atopische Dermatitis manifestieren. Allergen-spezifische T-Lymphozyten spielen in der Allergie eine zentrale Rolle. Allergiker besitzen einen Überschuss an sog. T-Helfer-2 Zellen, die jene Botenstoffe produzieren, die für die IgE-Produktion verantwortlich sind. Die allergen-spezifische Immuntherapie (SIT) ist die einzige Behandlungsform, die an der Ursache der Allergie angreift. Sie besteht aus der wiederholten Gabe von Allergen-Extrakten in ansteigender Dosis über einen langen Zeitraum hinweg. Um die Effektivität der SIT zu steigern und mögliche IgE-vermittelten Nebenwirkungen zu vermeiden, arbeitet man an neuen Impfstoffen. So sind derzeit in Bakterien hergestellte Allergene und "hypoallergene" Varianten davon (d.h. veränderte Allergene, die nicht/weniger IgE binden, aber noch eine T-Zell- aktivierende Wirkung haben), in den Blickpunkt gerückt. In diesem Projekt haben wir die allergen-spezifische IgE und T-Zell-Immunantwort relevanter Allergene im Beifuß- und Ragweed-Pollen (die wichtigsten Auslöser des Heuschnupfens im Spätsommer) untersucht. Wir fanden eine überraschend uniforme T-Zell-Antwort für das Hauptallergen im Beifußpollen. Wir haben daher die Beifuß- Allergie als Modell benützt, um Allergen-Erkennung und T-Zell-Aktivierung (Interaktion von HLA/Peptid/ T-Zell- Rezeptor) auf molekularer Ebene in vitro und in silico mittels Computersimulation im Detail zu untersuchen. Weiters konnten wir auch die Verwendung von neuartigen, sog. Peptid/HLA-Klasse II Tetrameren zur Erkennung allergen-spezifischer T-Zellen etablieren und optimieren, und untersuchen damit nun die Rolle dieser Zellen in der SIT. In Regionen, wo Ragweed und Beifuß nebeneinander vorkommen, entwickeln PatientInnen oft allergische Reaktionen auf beide Pollenarten. Wir fanden, dass das Hauptallergen im Ragweed-Pollen mit einem verwandten Allergen in Beifuß-Pollen sowohl auf IgE- als auch auf T-Helferzell-Ebene kreuzreagieren. Die Immunantwort auf das Ragweed-Allergen erwies sich als wesentlich diverser, was auf eine primäre Sensibilisierung der PatientInnen durch das Ragweed-Allergen hinweist. Bei vorwiegender Beifuß-Exposition könnte die Sensibilisierung jedoch auch vice versa geschehen. Unsere Ergebnisse unterstreichen insgesamt das hohe allergene Potential dieser Unkräuter. Für die Hauptallergene in Ragweed und Beifuss haben wir jeweils hypoallergene Impfstoff-Kandidaten entwickelt, die einen Beitrag zur Entwicklung einer sichereren und effektiveren SIT für Allergie gegen Unkrautpollen darstellen.