Identifizierung von Nahrungsmittelallergikern (Sellerie und Haselnuss) und Etablierung neuer Biomarker

Abstract

Nahrungsmittelallergien infolge immunologischer Kreuzreaktionen zu Inhalationsallergenen können zum Teil schwere allergische Reaktionen auslösen. Haselnuss und Sellerie sind in industriell hergestellten Nahrungsmitteln weit verbreitet und können bei Birkenpollensensibilisierten infolge der Kreuzreaktivität allergische Reaktionen auslösen. Die Reaktivität bei Hauttestungen oder das Ausmaß des spezifischen IgE korrelieren nur begrenzt mit der Schwere der klinischen Symptomatik. Zudem können positive Reaktionen gegenüber kreuzreaktiven Antikörpern ohne klinische Relevanz vorhanden sein und falsch interpretiert werden. Die therapeutischen Optionen der Nahrungsmittelallergie sind auf die symptomatische Behandlung begrenzt, sodass bis heute als Therapiestandard die Karenz gilt. Die Identifizierung von Nahrungsmittel-Sorten mit reduziertem Allergenanteil könnte dazu beitragen, die Gefahr schwerer Reaktionen für betroffene Allergiker zu reduzieren. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit zwei Aspekten der Nahrungsmittelallergie: Im ersten Teil der Arbeit wurde der Einfluss der Sortenart und Anbaubedingungen von Knollensellerie auf die allergische Reaktion untersucht. Im zweiten Teil wurden die Seren von Haselnuss- und Sellerieallergikern sowie gesunden Probanden dazu verwendet, ein optimiertes SPOT-Synthese- und Inkubationsprotokoll zu erarbeiten, um IgE-bindende Epitope der Hauptallergene Cor a 1 und Api g 1 näher zu untersuchen und darüber hinaus IgE-bindende Peptide für die zukünftige Entwicklung eines kostengünstigen peptidbasierten diagnostischen Testsystems zu identifizieren. Sellerieallergiker wurden zunächst mittels Prick-zu-Prick-Test mit zehn verschiedenen Selleriesorten sowie zwei Sorten mit Trockenstress-Anbau untersucht. Die Sorte Anita löste die schwächste und die Sorten Rex und Prinz die stärksten Hautreaktionen aus. Unter Trockenstress angebaute Sorten zeigten keine signifikanten Unterschiede zu Sorten mit herkömmlichen Anbau. Auch in der doppel-blinden Placebo- kontrollierten Nahrungsmittelprovokation führte die Sorte Anita zu schwächeren Reaktionen. Die Unterschiede im Gesamtscore von Anita gegenüber Prinz waren hoch signifikant. Somit konnte gezeigt werden, dass die Sortenart unter Knollenselleriearten den Schweregrad der klinischen Reaktion beeinflusst. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein peptidbasierter sIgE-Assay entwickelt, der eine Detektion von IgE-Antikörpern an membrangebundene Peptide ermöglicht. IgE-bindende Peptide und Epitope der Api g 1 und Cor a 1 Sequenz wurden exemplarisch untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern Hinweise für das Vorliegen mehrerer konformatorischer Epitope der Proteine Api g 1 und Cor a 1. Darüber hinaus wurden lineare Peptide identifiziert, die bei gegebener IgE- Reaktivität mit der klinischen Symptomatik korrelierten und darüber hinaus für Api g 1 und Cor a 1 spezifisch waren. Diese Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, mit Peptiden spezifische IgE-Reaktivitäten nachzuweisen. Für die Entwicklung eines peptidbasierten diagnostischen Tests sind weitere Untersuchungen notwendig, um die Spezifität und Sensitivität eines solchen Verfahrens zu bestimmen und es sollten weitere Allergene der Haselnuss und von Sellerie berücksichtigt werden.

Food allergies resulting from immunological cross-reactivity with inhalant allergens may cause severe allergic reactions. Hazelnut and celery are widely distributed in industrially produced foods and can induce allergic reactions in birch-pollen sensitized individuals. The outcome of skin tests and allergen-specific IgE determinations are of limited value to predict the severity of clinical reactions. Moreover cross-reactive IgE antibodies without clinical relevance can lead to a false interpretation of skin and sIgE test results. The therapeutic options of food allergy are limited and avoidance of the allergen is still the mainstay of therapy. Identification of food cultivars with reduced allergen components may help to reduce the risk of severe allergic reactions. The present thesis is focusing on two aspects of food allergy: In the first part, the influence of different celery cultivars and growing conditions on the allergic reaction was investigated. In the second part, sera from celery and hazelnut allergic patients and healthy controls were used to establish an optimized SPOT-synthesis and incubation protocol. This protocol was used for the investigation of IgE-binding epitopes of the major allergens Api g 1 and Cor a 1 and the identification of linear binding peptides. First ten different celery cultivars and two cultivars of drought-cultivation were examined by prick-to-prick test in celery allergic patients. The cultivar Anita led to the weakest and the cultivars Prinz and Rex to the strongest skin reactions. There were no significant differences among cultivars with standard and drought-cultivation. Accordingly the cultivar Anita elicited mild clinical reactions in the double-blind placebo- controlled food challenge. The differences of the clinical scores between Anita and Prinz were highly significant. Thus the data from this study suggest that celery cultivars beer a different potential to elicit clinical reactions in celery allergic patients. In the second part, a peptide-based sIgE assay, which enables detection of IgE antibodies to membrane-bound peptides, was developed. IgE binding peptides and epitopes of Api g 1 and Cor a 1 were investigated. The results provide strong indications for the presence of conformational epitopes within the proteins Api g 1 and Cor a 1. Moreover, Api g 1 and Cor a 1 specific peptides which display a correlation to clinical symptoms have been identified. For the development of a peptide-based diagnostic test further investigations are necessary. These should consider other allergens of celery and hazelnut and the sensitivity and specifity of the assay in a large number of patients.