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Vom Allergen zum Nichtallergen und zurück: Werkzeugkasten für gezielte Allergieforschung entwickelt

31.10.2014

Ein Forschungsteam des Paul-Ehrlich-Instituts und der Universität Bayreuth hat ein Verfahren entwickelt, mit dem es erstmals möglich ist, gezielt die allergenen Eigenschaften potenzieller Antikörper-Bindungsstellen (Epitope) des Hauptallergens der Birke (Bet v 1) zu erforschen.

Die Erkenntnisse, die dadurch gewonnen werden können, sind insbesondere deswegen bedeutsam, weil es bei Birkenpollenallergikern häufig zu Kreuzallergien mit pflanzlichen Nahrungsmitteln kommt, für die bisher keine etablierten Behandlungsmöglichkeiten bestehen. Über die Forschungsergebnisse berichtet PLOS ONE in seiner Online-Ausgabe vom 30.10.2014.


Strukturen des Allergens Bet v 1 (Birke, li.) und des Nichtallergens NCS (Wiesenraute, re.). Hervorgehob.: ein Epitop für IgE von Bet v 1 und der korrespondierende nicht IgE-bindende Bereich des NCS

Quelle: PDB IDs: 1BV1 und 2VNE. Nur mit diesem Quellenhinweis zur Veröffentlichung frei.

Viele Allergiker kennen es und leiden darunter: Erst entwickelt sich der klassische Heuschnupfen als allergische Reaktion auf bestimmte Pollen und über die Jahre kommen Nahrungsmittelallergien dazu, die den Verzicht auf immer mehr Lebensmittel erzwingen. So entwickeln beispielsweise Birkenpollen-Allergiker Antikörper gegen Bet v 1, das Hauptallergen der Birke, die auch auf Allergene aus pflanzlichen Nahrungsmitteln wie Kirsche, Apfel oder Haselnuss reagieren.

Hierbei binden Antikörper der Klasse IgE an sogenannte Epitope, Oberflächenbereiche des allergieauslösenden Proteins (Allergen), und lösen so eine allergische Reaktion aus. Allergene haben jedoch nicht nur ein, sondern mehrere verschiedene Epitope. Bislang ist nur sehr wenig darüber bekannt, welche Epitope für die jeweilige Allergie tatsächlich bedeutsam sind. Wäre dies bekannt, könnten Allergien spezifischer als bisher diagnostiziert und darüber hinaus effizientere Arzneimittel entwickelt werden, mit denen eine Hyposensibilisierung – eine Gewöhnung des Patienten an die Allergene – durchgeführt werden kann.

Für Funktion und Allergenität von Proteinen spielt deren Raumstruktur eine wichtige Rolle. Die Raumstruktur eines dem Bet v 1 sehr ähnlichen Proteins aus der Wiesenraute wurde 2008 am Forschungszentrum für Bio-Makromoleküle (BIOmac) der Universität Bayreuth mit Hilfe der magnetischen Kernspinresonanzspektrokopie (NMR) bestimmt. Trotz der großen strukturellen Ähnlichkeit ist das Wiesenrautemolekül kein Allergen, was an der leicht unterschiedlichen Zusammensetzung der Bausteine dieser Proteine – der Aminosäuresequenz – liegt.

Forscherinnen und Forscher um Dr. Dirk Schiller, Fachgebiet Rekombinante Allergentherapeutika des Paul-Ehrlich-Instituts (PEI), und Christian Seutter von Loetzen aus der Arbeitsgruppe von Prof. Paul Rösch, BIOmac, haben einen Forschungsansatz entwickelt, bei dem sie das nicht allergene Wiesenrautemolekül als Matrize nutzen: Gezielt werden im Wiesenrauteprotein Aminosäuren durch solche ersetzt, die Bet v 1 in den analogen Positionen aufweist, und anschließend das allergene Potenzial geprüft. Dabei konzentrieren sich die Forscher nicht nur auf das Epitop von Bet v 1, sondern auch auf Antikörper-Bindungsstellen von verwandten Allergenen aus Nahrungsmitteln wie beispielsweise Apfel, Haselnuss oder Kirsche.

Tatsächlich ist es gelungen, mit der neu entwickelten Methode unterschiedliche Grade der Allergenität in dem nicht allergenen Wiesenrauteprotein zu erzeugen. „Dieser molekulare Baukasten ist ein innovativer Ansatz, Allergien viel gezielter als bisher systematisch und umfassend zu analysieren“, beschreibt Seutter von Loetzen das Modellsystem.

„Er hat darüber hinaus das Potenzial, wichtige Erkenntnisse für die Diagnose, Prognose und Therapie von Pollen- und Lebensmittelallergien zu liefern“, erläutert Schiller die Forschungsergebnisse. So ist es denkbar, spezifische Moleküle zu entwickeln, denen diejenigen Epitope fehlen, die allergische Reaktionen auslösen, und die im Gegensatz dazu nur noch solche Epitope aufweisen, die für eine erfolgreiche Hyposensibilisierung notwendig und wichtig sind.

Prof. Stefan Vieths, Leiter der Abteilung Allergologie und Vizepräsident des PEI, und Prof. Paul Rösch, Leiter des Forschungszentrums für Bio-Makromoleküle, betonen, dass das Ergebnis dieser Arbeit sowohl auf der hervorragenden technisch-methodischen Ausstattung und Expertise beider Institute, als auch auf der über Jahre gewachsenen Zusammenarbeit beider sich ideal ergänzenden Gruppen beruht.

Veröffentlichung:

Berkner H, Seutter von Loetzen C, Hartl M, Randow S, Gubesch M, Vogel L, Husslik F, Reuter A, Lidholm J, Ballmer-Weber B, Vieths S, Rösch P, Schiller D (2014):
Enlarging the Toolbox for Allergen Epitope Definition with an Allergen-Type Model Protein,
PLOS ONE, Published: October 30, 2014
http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0111691

Pressekontakte:

Universität Bayreuth
Stabsabteilung Presse, Marketing, Kommunikation
– Wissenschaftskommunikation –
Telefon: +49(0) 921 55 5356
E-Mail: mediendienst-forschung@uni-bayreuth.de

Paul-Ehrlich-Institut
Referat Presse, Informationen
Telefon: +49 6103 77 1030
Fax +49 6103 77 1262
E-Mail: presse@pei.de

Forschungszentrum für Bio-Makromoleküle der Universität Bayreuth:

Das Forschungszentrum für Bio-Makromoleküle (BIOmac) ist eine zentrale wissenschaftliche Institution der Universität Bayreuth. BIOmac bündelt die wissenschaftlichen Aktivitäten biophysikalisch und biochemisch arbeitender Lehrstühle und bietet Forscherinnen und Forschern auf diesen Gebieten eine hervorragende Infrastruktur. BIOmac ist Mitglied im europäischen ARBRE-Netzwerk der strukturbiologischen Großgerätezentren. Im Mittelpunkt der Arbeiten von BIOmac stehen Probleme mit medizinischer oder technischer Relevanz sowie die spektroskopische Analytik von Lebensmitteln auf höchstem Niveau. BIOmac verwaltet mit dem Nordbayerischen Zentrum für hochauflösende Kernresonanz (NZN) ein international hervorragend ausgewiesenes Zentrum der Strukturbiologie, das gemeinsam von den Universitäten Bayreuth, Erlangen-Nürnberg und Würzburg ins Leben gerufen wurde. Das NZN verfügt unter anderen über das derzeit weltweit leistungsfähigste Kernresonanzspektrometer.
Weitere Informationen: http://www.uni-bayreuth.de

Paul-Ehrlich-Institut:

Das Paul-Ehrlich-Institut in Langen bei Frankfurt am Main ist als Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel eine Bundesoberbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Gesundheit (BMG). Es erforscht, bewertet und lässt biomedizinische Human-Arzneimittel und Veterinär-Impfstoffe zu und ist für die Genehmigung klinischer Prüfungen sowie die Pharmakovigilanz – Erfassung und Bewertung möglicher Nebenwirkungen – zuständig. Die staatliche Chargenprüfung, wissenschaftliche Beratung/Scientific Advice und Inspektionen gehören zu den weiteren Aufgaben des Instituts. Unverzichtbare Basis für die vielseitigen Aufgaben ist die eigene experimentelle Forschung auf dem Gebiet der Biomedizin und der Lebenswissenschaften. Das Paul-Ehrlich-Institut mit seinen rund 800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern nimmt zudem Beratungsfunktionen in nationalem und internationalem Umfeld wahr.
Weitere Informationen: http://www.pei.de 

Christian Wißler | Universität Bayreuth

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