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Biochemical and Immunological Characterization of Glutathione-S-Transferase in Birch Pollen

Christian Zwicker

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Betreuer*in

Pavel Kovarik

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DOI

10.25365/thesis.26851

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29933.29156.701166-0

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Birkenpollenallergie zählt zu den häufigsten allergischen Erkrankungen in Zentral- und Nordeuropa sowie in Nordamerika. Bis heute wurden mehrere Proteine des Birkenpollen, die zur Sensibilisierung und in weiterer Folge zum Auftreten von allergischen Symptomen in Birkenpollenallergikern beitragen, als Allergene identifiziert. In Analysen des gesamten Birkenpollen Proteoms wurde ein bisher unbekanntes, aber in großen Mengen vorkommendes Protein der Familie der Glutathione-S-Transferasen (GST), gefunden. GST sind eine phylogenetisch weit verbreitete Enzymfamilie und wurden bereits in der Hausstaubmilbe (Dermatophagoides pteronyssinus; Der p 8) und der Deutschen Schabe (Blattella germanica; Bla g 5) als Allergene beschrieben. Jedoch ist bis dato nichts über die Rolle der GST aus der Birke in Birkenpollenallergie bekannt. Ziel dieser Masterarbeit war es i) GST aus Birkenpollen als rekombinantes Protein herzustellen und zu reinigen sowie seine ii) immunologischen und biochemischen Eigenschaften genauer zu charakterisieren. GST wurde als rekombinantes Protein (rGST) in E. coli hergestellt, gereinigt und etwaige Endotoxinverunreinigungen entfernt. Mäuse wurden mit rekombinantem Birken-GST immunisiert um spezifische Antikörper herzustellen. Um die Immunantwort mit einem Hauptallergen zu vergleichen, wurde weiteren Mäusen Bet v 1 gespritzt. Die, durch Immunisierung mit rekombinantem Birken-GST hervorgerufene Immunantwort, war vergleichbar mit jener von Bet v 1. Beide Proteine lösten die Produktion von spezifischen IgG1 und IgE Antiköper sowie eine Th2-assozierte T Zell-Antwort aus. Antiköper, gerichtet gegen Birken-GST und Bet v 1, erkannten das jeweilig, natürlich vorkommende Protein in Birkenpollenextrakt. Kreuzreaktivität zwischen Birken-GST und Hausstaubmilben-GST wurde nicht festgestellt. Anschließend wurden die Seren von 215 Birkenpollen Allergikern auf spezifische IgE Antikörper gegen Birken-GST und die Birkenpollen-Nebenallergene Bet v 3, Bet v 4, Bet v 6 und Bet v 7 getestet. In rund 9% der untersuchten Seren wurde Birken-GST-spezifisches IgE nachgewiesen. IgE Antiköper gegen die Nebenallergene waren in ähnlicher Häufigkeit in den Patientenseren feststellbar. In biochemische Analysen wurde nachgewiesen, dass rekombinantes Birken-GST enzymatisch nicht aktiv war. Birkenpollenextrakt hingegen zeigte geringe enzymatische Aktivität. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde gezeigt, dass Birken-GST in Mäusen immunogen war und eine Immunantwort, vergleichbar mit jener des Hauptallergen Bet v 1, auslöste. Für den Menschen hingegen zeigt es die Charakteristika eines Nebenallergens. In zukünftigen Studien soll untersucht werden, ob dies auf die Freisetzung des Proteins aus dem Birkenpollen oder seinen intrinsischen Eigenschaften zurückzuführen ist.

Abstract

(Englisch)

Birch pollinosis is one of the most common allergic diseases in Central and Northern Europe as well as in North America. Several proteins in birch pollen have already been characterized as allergens causing sensitization and the development of allergic symptoms in atopic individuals. Recently, in a proteome profiling approach of birch pollen, high quantities of a 26 kDa protein of the Glutathione-S-transferase (GST)-family were identified. GSTs are a phylogenetically widespread enzyme family mainly involved in cellular detoxification processes and have already been described as allergens in house dust mite (Der p 8) and German cockroach (Bla g 5). However, no data about the role of birch-GST in birch pollen allergy were available so far. For this purpose we i) expressed and purified recombinant birch-GST (rGST) and ii) evaluated its immunological and biochemical features. GST from birch pollen was expressed as a recombinant protein in E. coli. It was purified to homogeneity and protein-associated endotoxins were removed. Mice were immunized with recombinant birch-GST to generate specific antibodies (Abs). In parallel, another group of mice were immunized with recombinant Bet v 1 (rBet v 1), the major birch pollen allergen. Specific Ab and T cell responses were assessed. Both proteins induced specific IgG1 and IgE Abs and Th2-dominated T cell responses. Abs generated with rGST and rBet v 1 recognized the respective natural protein in birch pollen extract (BPE). RGST-specific Abs did not cross-react with house dust mite (HDM) extract. Next, sera from 215 Austrian birch pollen-allergic individuals were tested for IgE-reactivity to birch-GST and the birch pollen minor allergens Bet v 3, Bet v 4 Bet v 6 and Bet v 7. Around 9% of the examined individuals displayed IgE-reactivity to birch-GST. Similar recognition frequencies were determined for the minor allergens. In biochemical assays recombinant birch-GST was not enzymatically active, whereas BPE demonstrated weak enzymatic activity. In summary, birch-GST was immunogenic in mice and induced specific Ab and T cell responses similar to the major allergen Bet v 1. However, we showed that it is still a minor allergen for humans. Whether this is due to its release from the pollen or intrinsic properties will be elucidated in future experiments.

Autor*innen

Christian Zwicker

Haupttitel (Englisch)

Biochemical and Immunological Characterization of Glutathione-S-Transferase in Birch Pollen

Paralleltitel (Deutsch)

Biochemische und immunologische Charakterisierung der Glutathione-S-Transferase aus Birkenpollen

Publikationsjahr

2013

Umfangsangabe

99 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Pavel Kovarik

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC11318087

Utheses ID

24021

Studienkennzahl

UA | 066 | 834 | |

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