Allergie nach Coombs und Gell

Transkript

1 RINGVORLESUNG: Molekulare Medizin der Allergie: Vom Patienten zum Molekül ALBRECHT BUFE, 04 May 2009 Allergie nach Coombs und Gell

2 Typ-I Hypersensitivität (Sofortreaktion) IgE Mastzelle Mediatoren Entzündung Typ-II Hypersensitivität (Verzögerte Reaktion) Phagozytose Komplementreaktion Zytolyse Erythrozyt

3 Typ-III Hypersensitivität (Verzögerte Reaktion) Komplementreaktion Immunkomplexe Lokale oder systemische Entzündungsreaktion Typ-IV Hypersensitivität (Spätreaktion) IFN-γ, Chemokine, TNF-α, IL-3, GM-CSF Zytokine TNF-Rezeptor CD40 Lokale Entzündungsreaktion Antigenspezifische Th1-Zellen

4 Der Phänotyp Heuschnupfen (Rhinokonjunktivitis)

5 Pollenflugkalender Nesselsucht (Urtikaria) Quaddel

6 Neurodermitis Asthma bronchiale Husten Giemen Pfeifen Dyspnoe Zyanose

7 Obstruktive Ventilationsstörung PEF Verengte Atemwege Fluss MEF 75 MEF50 EX MEF 25 FEV 1 Volumen MIF 50 IN Asthma bronchiale ist eine endzündliche Erkrankung der Atemwege mit reversibler Obstruktion wechselnder Intensität auf dem Boden einer bronchialen Hyperreagibilität auf unterschiedliche Stimuli (physikalisch, chemisch, pharmakologisch, immunologisch).

8 Becherzellen Basalmembran Zelluläres Infiltrat Ödem Die Entzündung

9 Sofortreaktion / Schleimhautödem P. Howarth P Sofortreaktion / Bronchokonstriktion vor 10 Minuten nach Allergenprovokation P. Howarth P

10 Früh- und Spätphase der Sofortreaktion Lungenfunktion Frühphase Spätphase Entzündungsreaktion beim Asthma Allergen Makrophage Epithelzellen Glatter Muskel Schleimproduktion Gefäßerweiterung Ödem (Anaphylaxie) MP Remodel. IFN-γ Chemokine TNF-α IL-3 GM-CSF Nekrose Eos Neuropeptide Nerv Mediatoren (Histamin, Leukotriene, etc.) NGF Chemokine (z.b. IL-8) Th1-Zelle (IL-12+IFN-α) IL-5 Th2-Zelle (IL-4+IL-10) IL-17 Th17-Zelle (TGFß+IL-6)

11 Die Entstehung Einflussfaktoren für Entstehung von Asthma Mikrobielle Last/Hygienehypothese Prävalenz: Infektion 15 % Allergie/Sens. Persistenz Genetik Alter Umweltschadstoffe

12 Die Sensibilisierung Sensibilisierung Allergen Epithelzellen Mastzelle IgE IgG B-Zelle Tc1/2 Th2 IgG IgE T-Zelle Tr1 APZ Th1

13 Immunologische Synapse und T-Zellen Proteine Toxine Antigene, Micromilieu Keine Kostimulation Viren Co-stim. Bakterien DZ1 DZ2 DZ1 Cytokine milieu IL-12 (DC1), IFN-α (pdc2) CD40, CD80 + T naiv kurz oder hohe Affinität IL-10 (DC1) CD86, OX40L, T + naiv ICOS-L lang oder niedrige Affinität IL-10 (DC1), IFN-α (pdc2) + T naiv MHC-TCR Th1 Th1 Th1 Th1 Th2 Th2 Th2 Th2 Tr1 Tr1 Tr1 Modified from Jacob, Grage-Griebenow et.al, Allergo Journal, T-Zellprogrammierung und Allergie T naiv Tc1 Tc1 Tc1 Tc1 Zelluläre Abwehr, Inflammation T naiv Allergie T naiv Keine Allergie T naiv Th1 Th1 Th1 Th1 Th2 Th2 Th2 Th2 Tr1 Tr1 Tr1 Zelluläre Abwehr, Inflammation Humorale Abwehr, Inflammation Toleranz, Anti-inflammation Modified from Jacob, Grage- Griebenow et.al, Allergo J, 2003.

14 Die verstärkte Th2-Antwort führt zu vermehrter Produktion von IgE Th2 IL-3, IL-4, IL-5 IL-13, GM-CSF TGF-β IgE IgG4 Th0 IgG1 Th1 IL-2, IFN-γ, TNF-α, GM-CSF DTH Elispot-Assay zum Nachweiss T-Zellen von mit T-Zellen, die Allergen bestimmte aktiviert Zytokine herstellen T-Zelltransfer auf Zytokin-AK-Wells T-Zellen setzen Zytokine frei, Zytokine binden an Antikörper Zweit-AK bindet an gebundene Zytok. Anfärbung der gebundenen Zytok.

15 Zytokin-positive T-Zellen Natürliche Exposition (Hoher Pollenflug) IL-4 IL-5 IL-10 IFN-g IL-13 Prolif Bufe, A., et al. (2008) ALMA-Study submitted [A]-V2 [C]-V2 [A]-V3 [C]-V3 [A]-V7 [C]-V7 [A]-V8 [C]-V8 Antikörperprävalenz gegen Graspollenallergen Phl p 5 bei gesunden und allergischen Kindern; Gesunde bilden nicht nur kein IgE sondern insgesamt wenig Antikörper Gesund (n=98) Allergisch (n=104) IgE (IU/ml) 2 IgG4 (ru/ml) 10 IgG1 (ru/ml) 4 IgA (ru/ml) Gehlhar, K., et al. (1999), Clin Exp All. 29:

16 Die Auslöser (Allergene) Pollen Milben (Exkremente) Tiere (Haare, Speichel, Serum) Pilze (Sporen) Insekten (Gifte) Nahrungsmittel Medikamente (Haptene) Chemikalien Pflanzen Bakterien Rizinusbohnen Latex Ficus Benjamina Bäume Gräser Kräuter Alternaria Cladosporium Aktinomyceten Dermatophagoides pteronyssinus Dermatophagoides farinae Biene Wespe Mücke Pferd Hund Katze Milch Ei Früchte Getreide Penizillin Analgetika Narkotika Isozyanate Formaldehyd Ethylenoxid Extrakte

17 Suphioglu, C. et al. (1992) Lancet 339: Grote, M. et al. (2001) JACI 108: Lieschgras -pollen trocken hydriert

18 Majorallergen Minorallergen Mehr als 50% aller Patienten erkennen das Allergen mit ihren IgE-Antikörpern Weniger als 50% aller Patienten erkennen das Allergen mit ihren IgE-Antikörpern Allergengruppen I II III IV V (35 kda) (13 kda) (14 kda) (62 kda) (29 kda) Iso 01 Iso 02 Iso 03 Iso 01 Iso 02 Iso 03 Iso 01 Iso 02 Iso 03

19 2D-Elektrophorese von Lieschgraspollen-extrakt Western-blot mit Poolserum und Anti-Human-IgE Petersen, A. et al. (1994) Clin Exp Allergy 24: Gehlhar, K. et al. (1997) Eur. J. Biochem. 247:

20 Kristallisation des C-terminalen (funktionellen) Fragments von Phl p 5b Bufe, A. et al. (1996) J Biol Chem 271: Allergene Aktivität des C-terminalen Fragments von Phl p 5b ist vergleichbar mit dem Holoprotein Bufe, A. et al. (1996) J Biol Chem 271:

21 Rajashankar, R., Bufe, A., Weber, W. et al. (2002) Acta Crystallogr. 58: Rajashankar, R., Bufe, A., Weber, W. et al. (2002) Acta Crystallogr. 58:

22 Direkte Interaktion des Allergens mit dem IgE Mastzelle

23 Mastzelle Histamin Leukotriene Mastzelle Histamin Allergische Entzündung Leukotriene Quaddel

24 IgE Mastzelle Histamin Allergische Entzündung Leukotriene Quaddel IgE IgE-Rezeptor Mastzelle Histamin Allergische Entzündung Leukotriene Quaddel

25 IgE IgE-Rezeptor Mastzelle Histamin Allergische Entzündung Leukotriene Quaddel Allergen IgE IgE-Rezeptor Mastzelle Histamin Allergische Entzündung Leukotriene Quaddel

26 Allergen IgE IgE-Rezeptor Mastzelle Histamin Allergische Entzündung Leukotriene Quaddel Allergen (aus dem Graspollen) Fab IgE-Modell Cε4 Cε3 Cε2 D2 D1 FcεRI (α-kette) Mastzelle Garman, S.C. et al. (1998) Cell ; 95: FcεRI (α-kette)

27 Was macht ein Antigen zum Allergen? Es muss ein Protein sein (T-Zell Antwort sonst unmöglich) Funktion (Enzymeigenschaften erleichtern den Zugang des Allergens ) Niedrige Dosis (begünstigt Aktivierung von IL-4 produzierenden Zellen) Mol-Gewicht zwischen 10 und 40 kda (gute Diffusion) Gute Löslichkeit Stabilität (überlebt in ausgetrockneten Partikeln und in aggressivem Umfeld) Notwendige Allergeneigenschaften

28 Einfluß von Nasenschleim und Magensaft auf die allergene Aktivität von Pollenallergenen Quaddelfläche(mm 2 ) PRICK-Test (n=5) NaCl 0.9% Histamin Nasenschleim Magensaft Pollenallergen Pollenallergen + NS Pollenallergen + MS Bufe, A. et al. AJRCCM;157: (1998) Hypothesen Allergene haben keine charakteristischen Aminosäuresequenzen und 3 D-Strukturen! IgE-bindende Epitope haben besondere Strukturmerkmale. Die Verteilung und die Frequenz der Epitope auf einem Molekül machen das Antigen zum Allergen.

29 Die Epitope befinden sich an der Oberfläche der Moleküle Abbildung 3: Mögliche Antikörper-bindende Bereiche des Bet v1 Mit freundlicher Genehmigung der Autoren Gajhede et al.

30 Bei Zerstörung der 3 D-Struktur eines Allergens verliert es seine IgE- Bindungseigenschaften Fig.1 allergen loss of structural interity IgE-epitopes functional activity of allergens putative active site loss of IgE-epitopes and functional activity crosslinking of IgE-receptors allergic response allergic inflammation Bufe, A. (1998) Int Arch Allergy Immunol 117:

31 Allergenmutanten Deletion T-Zell-Peptid Schramm, G. et al. (1999) J Immunol 162:

32 PRICK-Test an allergischen Patienten mit Wildtyp-Allergen und IgE-knockout Mutante NaCl Histamin Wildtyp Mutante ,4x10-8 3,4x10-7 3,4x10-6 Schramm, G. et al. (1999) J Immunol 162: Auf einem Allergen befinden sich viele diskontinuierliche IgE bindenden Epitope, die zahlreiche kontinuierliche enthalten. Die Avidität zu den kleinen kontinuierlichen Epitopen ist niedrig.

33 Schramm, G. et al. (2001) Clin Exp Allergy 31: Schramm, G. et al. (2001) Clin Exp Allergy 31:

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35 Es gibt repetetive Strukturen in Allergenen und damit repetetive Epitope

36 Fig.1 allergen loss of structural interity IgE-epitopes functional activity of allergens putative active site loss of IgE-epitopes and functional activity crosslinking of IgE-receptors allergic response allergic inflammation Bufe, A. (1998) Int Arch Allergy Immunol 117: Hausstaubmilbe

37 (2009) Nature 457:585-9 Signalwege für Aktivierung der Zelle durch LPS Park et al. Nature 2009

38 Allergiemodell in der Maus: induziert mit aus Knochenmarkzellen generierten dendritischen Zellen Stallstaubextrakt Tag 6 Tag 8 KM + GMCSF DC DC Nasaler Transfer + Ovalbumin Gorelik et al. 2008;Innate Immunity 14(6): Entzündung in der Lunge einer Maus nach Transfer von BMDC (Bone marrow derived DCs) eosinophils in BAL fluid 10 7 OVA/BMDC OVA/CDE day6-10 BMDC control BMDC generated in the presence of dust extract are not able to prime mice for allergic inflammation Gorelik et al. 2008;Innate Immunity 14(6):

39 Anzahl Eosinophiler Granulozyten in der BAL Flüssigkeit Anzahl Zellen Profos OVA Profos OVA + LPS Trompette et al. Nature 2009

40 Signalwege für Aktivierung der Zelle durch LPS Mimicri: Der p2 ersetzt MD-2 Park et al. Nature 2009 Einflussfaktoren für Entstehung von Asthma Mikrobielle Last/Hygienehypothese Prävalenz: Infektion 15 % Allergie/Sens. Persistenz Genetik Alter Umweltschadstoffe