Mucosal tolerance induction for treatment of type I allergy

Autor: Hoflehner, Elisabeth
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2012
DOI: 10.25365/thesis.24969
Popis: In den letzten Jahrzehnten wurde ein ständiger Anstieg der Prävalenz von Type I-Allergien beobachtet, so dass mittlerweile mehr als 25% der Bevölkerung in westlichen Ländern an Allergien leiden. Häufig werden Allergiker mit zunehmendem Alter gegen mehrere Allergene co-sensibiliisert, wobei diese Patienten schwierig zu behandeln werden. Goldstandard der Allergiebehandlung ist die Allergen-spezifische Immuntherapie. Jedoch birgt diese Therapieform auch einige Nachteile, wie zum Beispiel regelmäßige Injektionen über einen Zeitraum von 2-3 Jahre, Gefahr von anaphylaktischen Nebenwirkungen sowie eine geringe Erfolgsquote bei der Behandlung von Mehrfachallergien. Um die Compliance der Patienten zu erhöhen, aber auch um die Effizienz der Therapie zu verbessern, ist in den letzten Jahren an folgenden Ansätzen gearbeitet worden: Verwendung von rekombinanten Allergenen, die dem Sensibilisierungsprofil der Patienten entsprechen, Applikation effektiver Adjuvantien, und der Wechsel zu einer mukosalen (z.B. oral, nasal) Route der Applikation zur Umgehung der häufigen Injektionen. Entsprechend wurden im Zuge dieser Doktorarbeit neue Behandlungsansätze entwickelt und neue Mausmodele für Einfach- und Mehrfachsensibilisierung etabliert, um Effektivität und Wirkungsmechanismen dieser neuen Ansätze in vivo und in vitro testen zu können. (i) Eine vielversprechende Strategie zur Behandlung von Allergien sind rekombinant hergestellte Allergene. Die rekombinante Produktion garantiert eine genaue strukturelle wie auch immunologische Definition des Allergens. Die Identifizierung von Allergenen, wie auch die Herstellung als rekombinantes Protein sind die Grundsteine bei der Entwicklung von neuen Formen von Immunotherapeutika wie hypoallergene Varianten von Allergenen, Fusionsmoleküle oder Multiallergenkonstrukte. Wir beschreiben die Charakterisierung und rekombinante Herstellung eines neuen Allergens der Dörrobstmotte, das Thioredoxin Plo i 2. In in vivo Studien in Mäusen konnten wir das allerogene Potential dieses Allergens, im Vergleich mit einem anderen Mottenallergen (Plo i 1), untersuchen. Mittels Immunoblot-Experimenten mit humanen Sera wurde die IgE-Reaktivität des Thioredoxins Plo i 2 analysiert, und so Plo i 2 als neue relevante Allergiequelle für mehrfachsensibilisierte Haus- und Meeresfrüchteallergiker, definiert. (ii) Pollen-allergische Patienten sind häufig co-sensibilisiert gegen homologe Lebensmittelallergene; dies wird als sogenannte Pollen-assoziierte-Lebensmittelallergie bezeichnet und manifestiert sich klinisch als „orales Allergiesyndrom“ (OAS). Mehr als 70% der Birkenpollenallergiker leiden unter einer Pollen-assoziierten-Lebensmittelallergie, somit zählt diese Form der Birkenpollen-assoziierten-Lebensmittelallergie zu einer der häufigsten Varianten der Mehrfachallergien. Da das OAS im Rahmen der Behandlung gegen Birkenpollenallergie meist nur ungenügend beeinflusst werden kann, haben wir ein Multiallergenkonstrukt entwickelt, das eine gleichzeitige Behandlung der Birkenpollen- und Nahrungsmittelallergien ermöglichen soll. Dieses Multiallergenkonstrukt wurde gentechnologische hergestellt,, bestehend aus dem gesamten Hauptbirkenpollenallergen Bet v 1 verlinkt mit den immundominanten T-Zell-Epitopen der Birkenpollen-assoziierten- Lebensmittelallergene Dau c 1 (Hauptallergen der Karotte) und Api g 1 (Hauptallergen des Selleries). Um das immunmodulatorische Potential dieses Konstrukts auszutesten, wurde ein Mausmodel für Mehrfachsensibilisierung mit oralem Allergiesyndrom etabliert. Wir konnten zeigen, dass nach intranasaler Applikation dieses Konstrukts die allergische Immunantwort in Richtung Th1 Antwort moduliert wurde und eine Suppression der allergischen Immunantworten durch Induktion von regulatorischen Immunmechansimen erreicht werden konnte. (iii) Um die Effektivität von Toleranzinduktion mittels rekombinanter Allergene oder Allergenkonstrukte zu erhöhen, können mukosale Adjuvantien als sogenannte „mukosale Transportsysteme“ verwende werden. Eines der mukosalen Adjuvantien mit tolerogenem Potenzial ist Choleratoxin (CT) bzw. die B-Untereinheit von Choleratoxin (CTB). In der vorliegenden Arbeit beschreiben wir die gentechnologische Konstruktion eines Fusionsmoleküls von CTB und Bet v 1. Dieses Fusionsmolekül wurde intranasal in einem Mausmodel für Birkenpollenallergie appliziert um dessen immunmodulatorische Kapazität zu untersuchen. Die Allergie-reduzierende Wirkung des neuen Konstrukts beruhte auf der gleichzeitigen Modulierung der Th2 Immunantwort Richtung Th1 und der Induktion von lokalen, protektiven IgA Antikörpern. Zusammenfassend, wir haben drei verschiedene Strategien (rekombinante Allergene, Multiallergenkonstrukte für mukosale Applikation und Verwendung neuer mukosaler Adjuvantien) zur Verbesserung der Prävention (und möglicherweise auch Therapie) von Typ I-Allergie entwickelt, deren Nutzen durch eine erfolgreiche Suppression der allergischen Immunantwort in Einfach- und Mehrfachsensibilisierungsmodele demonstriert wurde. Derartige experimentelle Studien sollen dazu beitragen, bestehende Behandlungsansätze zu verbessern, sowie auch neue Behandlungsstrategien für allergische Erkrankungen zu entwickeln.
The prevalence of type I allergy is constantly increasing in industrialized countries: more than 25% of the population suffer from allergic disorders. With increasing age allergic individuals become co-sensitized to additional allergens, and become difficult to treat due to the multi-sensitization. Allergen-specific immunotherapy is state of the art treatment of allergic diseases. However, due to a low compliance of patients to frequent injections, and the reduced efficacy in multi-sensitized individuals, a change to a less invasive route of application via the mucosa offers a promising approach. The aim of this thesis was to develop new treatment strategies for primary and secondary prevention of type I allergy, focusing on strategies being applied via the mucosal surfaces. Therefore, three novel approaches were developed and tested that might lead to improvement of the current treatment strategies: (i) Use of recombinant allergens, (ii) development of multi-allergen constructs for mucosal tolerance induction, and (iii) use of mucosal adjuvants systems for improved mucosal treatment strategies. Furthermore, murine models of mono- and poly-sensitization were established, to investigate the immunological mechanisms of mucosal tolerance induction as well. Ad i) Recombinant forms of allergens are promising tools for treatment of allergy, because of their defined structural and immunological properties as well as the standardized production procedures. Furthermore, identification and production of allergens as recombinant proteins are the essential steps to develop advanced forms of immunotherapeutica such as hypoallergenic variants, fusion molecules, or multi-allergen constructs. A novel allergen of Indianmeal moth, the thioredoxin Plo i 2 was identified and recombinantly produced. The allergenic potential of Plo i 2 was investigated by in vivo studies in mice, in comparison to the moth allergen Plo i 1. IgE-reactivity tested by blotting experiments with human sera, defined thioredoxin Plo i 2 as new relevant source in multi-sensitized indoor and seafood allergic patients. Ad ii) In pollen allergic patients co-sensitization to homologue food allergens often occurs, termed as pollen-related food allergy and clinically manifested as “oral allergy syndrome” (OAS). With about 70% of birch pollen allergic patients, birch pollen-related food allergy is the most common form of this multi-sensitivity. For a new experimental approach to treat birch pollen-related food allergy, a multi-allergen construct composed of the whole major birch pollen allergen Bet v 1 linked to the immunodominant T cell epitopes of the Bet v 1-related food allergens Dau c 1 (major allergen of carrot) and Api g 1 (major allergen of celery), were genetically engineered. In order to investigate immunomodulatory potential of this chimer, a murine model of poly-sensitization and OAS was established. Intranasal application of the chimer modulated allergic immune responses towards Th1 immune responses via regulatory mechanisms. Ad iii) In order to enhance the effectiveness of mucosal tolerance induction with recombinant allergens or allergen constructs, mucosal adjuvants were used as mucosal delivery systems. The strong tolerogenic nontoxic B subunit of cholera toxin (CTB) served as mucosal adjuvant which was genetically conjugated to the birch pollen allergen Bet v 1. For improvement of mucosal tolerance induction the CTB-Bet v 1 fusion molecule was intranasally applied in a murine model of birch pollen allergy. The immunomodulatory properties of the fusion molecule were demonstrated by a modulation of Th2 immune responses towards Th1, accompanied by induction of protective IgA antibodies. In summary, we have presented three different strategies - (i) production of recombinant allergens or allergen constructs, (ii) use of mucosal route of application, (iii) use of mucosal adjuvants - to improve prevention of type I allergy. The benefit of mucosal application of recombinant allergens conjugated to adjuvants as fusion protein or to other allergens as multi-allergen construct was demonstrated by successful suppression of allergic immune responses in mono- and poly-sensitized models. Such experimental studies will contribute to the improvement of new treatment approaches with increased effectiveness against the constantly increasing number of allergic diseases.
Databáze: OpenAIRE
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