Allergene des Wiesenlieschgrases Phleum pratense als Stimulatoren des angeborenen Immunsystems

Doctoral thesis German OPEN
Röschmann, Kristina (2009)
  • Subject: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät | Faculty of Mathematics and Natural Sciences | Allergie, Gräserpollen, Epithel, angeborenes Immunsystem
    • ddc: ddc:570

Heuschnupfen und Asthma zählen weltweit zu den häufigsten chronischen Erkrankungen. Etwa 20 % der Bevölkerung westlicher Industriestaaten und bis zu 40 % der atopischen Individuen weisen eine Gräserpollenallergie auf17;32;43;44. Sowohl aus medizinischer, als auch aus volkwirtschaftlicher Sicht besteht daher ein großes Interesse an der näheren Untersuchung der Gräserpollenallergie. Da respiratorische Epithelien den Ort des ersten Kontaktes mit Aeroallergenen darstellen, war es Ziel dieser Arbeit, die Auswirkung von Gräserpollenallergenen auf epitheliale Zellen der Atemwege näher zu charakterisieren. Sowohl der Extrakt des Lieschgraspollens, als auch das isolierte Majorallergen Phl p 1 zeigten die Fähigkeit, die Freisetzung von Mediatoren aus respiratorischen Epithelzelllinien und primärem nasalem Epithel gesunder Spender zu induzieren. Da die verwendeten Allergenpräparationen immunologische relevante Konzentrationen an Endotoxin enthielten, wurde im Rahmen dieser Arbeit erfolgreich ausgeschlossen, dass bakterielle Komponenten für die Allergen-induzierte Aktivierung respiratorischen Epithels verantwortlich sind. Im Weiteren konnte innerhalb dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass Phl p 1 die Phosphorylierung der MAPK Erk und p38 induziert. Die Auswirkung einer Stimulation von Atemwegsepithel mit Phl p 1 auf die Genexpression wurde bislang nicht publiziert, sodass in dieser Arbeit erstmals eine Phl p 1-induzierte Genexpression in A549-Zellen dargestellt werden konnte sowie mittels Mikroarray-Analyse ein erster Eindruck von der Phl p 1-induzierten Genexpression in primärem humanem Lungengewebe gewonnen werden konnte. Im Vergleich mit HDM-Extrakt-stimulierten respiratorischen Epithelzelllinien und primären nasalen Epithelzellen wiesen Phl p 1-stimulierte Zellen ein unterschiedliches Zytokinprofil auf, welches sich ebenfalls in der Induktion unterschiedlicher Genexpressionsprofile wiederspiegelte. Allergene der Hausstaubmilbe und Gräserpollenallergene scheinen unterschiedliche Mechanismen der Aktivierung in Atemwegsepithel zu induzieren. Für viele Majorallergene konnte bereits gezeigt werden, dass sie über eine proteolytische Aktivität verfügen25;64;71;108;203 und man nimmt an, das die Aktivierung respiratorischen Epithels und die damit verbundene Freisetzung inflammatorischer Mediatoren aus der Interaktion mit PAR resultiert. Zudem ermöglicht die proteolytische Kapazität der Allergene die Überwindung der epithelialen Barriere. In dieser Arbeit wurde daher eine potentielle Protease-Aktivität des isolierten Phl p 1 näher analysiert. In direktem Vergleich mit der Cysteinprotease Der p 1 konnte gezeigt werden, dass Phl p 1 unter der Bedingung eines physiologischen pH-Wertes kein proteolytisches Potential aufweist. Dies deutet darauf hin, dass sich das Aeroallergen Phl p 1 sowohl bezüglich der Interaktion mit Atemwegsepithel, als auch den Mechanismus einer Überwindung der epithelialen Barriere betreffend deutlich von der Cysteinprotease Der p 1 unterscheidet. Da in dieser Arbeit respiratorische Zelllinien und primäres Atemwegsepithel gesunder Spender eingesetzt wurden, ist die beobachtete Antwort auf das Allergen gleichzusetzen mit der epithelialen Antwort eines Nicht-Allergikers. Ein Vergleich mit HDM-Extrakt- und Gräserpollenallergen-induzierten Expressionsprofilen in nasalem Epithel gesunder und allergischer Spender wird hilfreich sein, die generelle allergische Antwort besser zu verstehen. Die hier dargestellten Daten sind bezüglich eines besseren Verständnisses möglicher, Allergen-spezifischer Mechanismen sowohl aus immunologischer, als auch aus medizinischer Perspektive im Hinblick auf die Entwicklung von Therapeutika sicherlich hilfreich. Hayfever and asthma belong to the most prominent chronic disorders worldwide. About 20 % of the population of industrialized countries and up to 40 % of the atopic individuals are suffering from grass pollen allergy17;32;43-45. From the medical as well as from the economic point of view there is a great interest in a closer investigation of grass pollen allergy. As the respiratory epithelium is the first place of encounter with aeroallergens, this study aimed on the detailed characterization of the influence of grass pollen allergens on respiratory epithelium. The extract of Timothy grass pollen as well as the isolated major allergen Phl p 1 showed the ability to induce the release of mediators from respiratory epithelial cell lines and primary nasal epithelium from healthy donors. As the used allergen preparations contained immunological relevant concentrations of endotoxin, the responsibility of bacterial components concerning the allergen-induced activation of respiratory epithelium was successfully excluded. Furthermore, for the first time was shown that Phl p 1 phosphorylates the MAPK Erk and p38. The influence of a stimulation of respiratory epithlium with Phl p 1 on the level of gene expression has not been published so far. In order to that the Phl p 1-induced gene expression in A549 cells, as well as the allergen-induced gene expression in tissue from the human lung was shown for the first time. In comparison with HDM extract-stimulated respiratory epithelial cell lines and primary nasal epithelium Phl p 1-stimulated cells showed a different cytokine and gene expression profile. According to this, allergens of the house dust mite and grass pollen allergens seem to induce different mechanisms of activation. For many major allergens a proteolytic activity is published25;64;71;108;203, which is supposed to activate respiratory epithelial cells and induce the release of inflammatory mediators via the interaction with PAR. Furthermore, the proteolytic capacity of the allergens enables them to pass the epithelial barrier. Therefore one aim was to analyze a potentiell protease activity of Phl p 1 in detail. In direct comparison with the knowm cysteine protease Der p 1, Phl p 1 showed no proteolytic properties under physiological conditions. These observations indicate that the aeroallergen Phl p 1 clearly differs from the cysteine protease Der p 1 with regard to the interaction with respiratory epithelium as well as the mechanism used to overcome the epithelial barrier. As respiratory epithelial cell lines and primary nasal epithelial cells were used, the observed effects can be regarded as the response of non-allergic individuals. A comparison of HDM extract- and grass pollen allergen-induced expression profiles in nasal epithelium of healthy donors and allergic individuals will be helpful towards understanding the allergic response in general. The data obtained will lead to a better understanding of allergen-specific mechanisms and will be helpful concerning the development of new therapeutic strategies from the immunological and the medical point of view.
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