Titelaufnahme

Titel
Development of allergy vaccines using Toll-like receptor ligands as immunomodulatory component / submitted by Stephan Deifl
VerfasserDeifl, Stephan
Begutachter / BegutachterinBohle, Barbara
Erschienen2014
Umfang121 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Toll-like Rezeptor / Allergie / GST
Schlagwörter (EN)Toll-like receptor / allergy / GST
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-1329 Persistent Identifier (URN)
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Development of allergy vaccines using Toll-like receptor ligands as immunomodulatory component [8.35 mb]
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Zusammenfassung (Englisch)

Allergies are an increasing health problem and a large economic burden in industrialized countries, affecting up to 30% of the whole population.

Allergen-specific immunotherapy is still the only causative treatment that alters the disease-eliciting hypersensitivity reaction of the immune system but has various disadvantages. Therefore, more knowledge about intrinsic characteristics of allergens could help to improve allergy vaccines. Furthermore, novel adjuvants that foster the counter-regulation of the disease-eliciting Th2-like response in allergic individuals may contribute to higher efficacy of allergy vaccines.

Here, we compared a potent allergen, Bet v 1, the major birch pollen allergen, with birch GST, a member of the glutathione-S-transferase protein family recently found in high amounts in birch pollen. We demonstrated that birch GST was of low allergenic relevance in a large cohort of birch pollen-allergic patients although it showed a comparable immunogenicity as Bet v 1 in mice. Therefore, we checked both proteins for their release from hydrated birch pollen and found a limited release of birch GST. We concluded that the limited availability of birch GST upon contact of birch pollen with mucosal surfaces results in its low sensitizing capacity. These findings contribute to answer the question what makes an allergen an allergen.

Ligands for Toll-like receptors (TLR) have revealed promising results as adjuvants in allergy vaccines in pre-clinical trials. This tempted us to compare different TLR-ligands regarding their immunomodulatory potential in allergic patients in vitro. We found that different TLR ligands functionally matured monocyte-derived dendritic cells with varying degrees resulting in marked differences in the differentiation of naïve T cells. Thus, not all TLR are equally well suited to be used as adjuvants in allergen-specific immunotherapy. This finding is an important contribution to the development of novel allergy vaccines.

Deduced from our insights we designed different fusion proteins consisting of Bet v 1 and [alpha]A Crystallin, a TLR2/4 ligand, since the direct conjugation of allergens and immunomodulatory agents has several advantages over the mixture of both components. We learnt that various parameters need to be taken into account when engineering such fusion proteins that shall display a reduced IgE-reactivity combined with retained T cell stimulatory activity and immunomodulatory capacity.

Together, this thesis provides new information about factors influencing the allergenicity of proteins as well as on the immune shaping functions of TLR-stimulation.

These findings represent an important contribution to the development of novel vaccines for allergen-specific immunotherapy.

Zusammenfassung (Deutsch)

Bis zu 30% der Gesamtpopulation in Industriestaaten leiden an Allergien. Diese stellen damit nicht nur ein großes gesundheitliches, sondern auch ein wirtschaftliches Problem dar. Die einzige kausative Behandlungsmöglichkeit, die allergenspezifische Immuntherapie ist mit Nachteilen wie beispielsweise langer Therapiedauer oder Ineffizienz verbunden. Größeres Verständnis über die Charakteristik von Allergenen könnte ein grundlegender Schritt sein, um Allergievakzine zu verbessern. Zusätzlich besteht durch die Verabreichung neuer Adjuvantien die Möglichkeit, der krankheitsauslösenden Th2 Immunantwort effizienter entgegenzuwirken.

In der vorliegenden Dissertation haben wir das Hauptbirkenpollenallergen Bet v 1 mit Birken- GST, einem Mitglied der Glutathion-S-Transferase Proteinfamilie, verglichen. Wir konnten zeigen, dass Birken-GST, obwohl es in bedeutenden Mengen in Birkenpollen vorkommt, nur geringe Relevanz als Allergen in einer großen Patientenkohorte von Birkenpollenallergikern hatte, während es in Mausmodellen ähnlich immunogen wie Bet v 1 war.

Weiterführende Untersuchungen haben gezeigt, dass Birken-GST verzögert nach Hydration von Birkenpollen aus dem Pollen freigesetzt wird. Wir folgern daraus, dass Birken-GST durch die limitierte Verfügbarkeit nach Kontakt von Birkenpollen mit Schleimhäuten nur eine geringe Kapazität als sensibilisierendes Protein aufweist. Diese Resultate tragen zur Beantwortung der Frage, was ein Allergen zum Allergen macht, bei.

Liganden für Toll-like Rezeptoren (TLR) als Adjuvantien in Allergievakzinen zeigten vielversprechende Resultate in präklinischen Studien. Daher wollten wir verschiedene TLRLiganden hinsichtlich ihrem Potential als Immunmodulatoren in allergischen Patienten in vitro analysieren. Unterschiedliche TLR Liganden bewirkten ungleich starke Reifung in von Monozyten abgeleiteten dendritischen Zellen. Dies hatte auch starken Einfluss auf die Differenzierung von naïven T Zellen. Es eignen sich daher nicht alle TLR Liganden gleich gut für den Einsatz als Adjuvantien in Allergievakzinen. Anhand dieser Erkenntnisse haben wir ein Fusionsprotein aus Bet v 1 und [alpha]A Crystallin, einem TLR2/4 Liganden, hergestellt. Die direkte Verbindung von Allergen und Immunmodulator hat einige Vorteile gegenüber einer simplen Mischung der verschiedenen Komponenten, die sich positiv auf die Wirksamkeit und die benötigte Dosis auswirken können. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass verschiedenste Parameter Einfluss auf die IgE-Reaktivität, die T-Zell-stimulatorische Wirkung sowie immunmodulierende Eigenschaften solcher Fusionsproteine haben.

Zusammengefasst liefert diese Dissertation nicht nur neue Information über die Faktoren die die Allergenizität von Proteinen beeinflussen, sondern auch über die Auswirkungen von TLR Stimuation auf die Immunantwort. Diese Erkenntnisse stellen einen wichtigen Beitrag für die Entwicklung künftiger, neuartiger Vakzine für die allergenspezische Immuntherapie dar.