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Bibliographic Metadata

Title
The molecular requirements of house dust mite allergens to induce allergic skin inflammation / submitted by Caroline Stremnitzer
Additional Titles
Spezifische molekulare Eigenschaften von Hausstaubmilbenallergenen tragen entscheidend zur Induktion allergischer Dermatitis bei
AuthorStremnitzer, Caroline
CensorJensen-Jarolim, Erika
Published2014
Descriptiongetr. Zählung : graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2014
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Hausstaubmilbenallergie / Der p 2 / Papain / atopische Dermatitis / Cysteinprotease / TLR4 / Hautsensibilisierung
Keywords (EN)house dust mite allergy / Der p 2 / papain / atopic dermatitis / cysteine protease / TLR4 / skin sensitization
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-14728 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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The molecular requirements of house dust mite allergens to induce allergic skin inflammation [5.07 mb]
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Reference
Classification
Abstract (German)

Überempfindlichkeitsreaktionen sind Reaktionen des Immunsystems auf harmlose Umweltantigene, die oft gesundheitsschädliche Auswirkungen haben können. Die häufigste Form ist die Typ-1-Überempfindlichkeit - die IgE-vermittelte allergische Reaktion. Eine der häufigsten Allergien ist die Hausstaubmilben(HDM)-allergie. Der Extrakt der Spezies Dermatophagoides pteronyssinus enthält 23 bekannte Allergene mit Der p 1 und Der p 2 als Hauptallergene. Wie die meisten Allergene zeigen auch HDM-Allergene spezifische molekulare Eigenschaften, die entscheidend zur Allergenität beitragen. Diese Eigenschaften wurden bisher ausführlich in Asthmamodellen und im Atemwegsepithel untersucht. Der p 1 ist eine Cysteinprotease, die ursprünglich an Papain (aus der Papayafrucht isoliert) modelliert wurde. Der p 1 wirkt degradierend auf Proteine der Tight Junctions (TJ) , beeinträchtigt dadurch die Integrität des Epithels und verstärkt die Aufnahme von Der p 1 selbst, so wie von anderen Allergenen. Der p 2, ein sehr kleines Allergen, zeigt starke Homologie zu MD-2 (MD-2-CD14-TLR4 Komplex) und kann sogar in Absenz von MD-2 den TLR4 Signalweg aktivieren. Die entscheidende Rolle von TLR4 Aktivierung in der Sensibilisierung zu Der p 2 in den Atemwegen wurde durch eine Studie von Trompette et al. gezeigt, in der TLR4-defiziente Mäuse nicht auf Der p 2 allergisch wurden. Die Lunge gilt normalerweise als sehr tolerogenes Organ - deshalb stellten wir die Hypothese auf, dass die Haut als größtes Organ, in direktem Kontakt zur Umwelt und sehr viele verschiedene Immunzellen beherbergend, eine weitaus bedeutendere Rolle in der Allergieentstehung darstellt. Wir wollten hier untersuchen, ob in der Haut dieselben molekularen Mechanismen eine Rolle spielen, die zur Allergisierung (Sensibilisierung) gegen Der p 1 und Der p 2 im Lungenepithel wichtig sind. Nachdem nur wenige in-vivo Modelle zu Adjvantien(Hilfsmittel)-freier transkutaner Sensibilisierung vorhanden waren, etablierten wir ein perkutanes Sensibilisierungsmodell in Balb/c Mäusen. Die Resultate zeigen eine starke Immunreaktion auf Der p 1 und Der p 2 nach wiederholter perkutaner Applikation, sowie Serumtiter an rDer p 1-spezifischen IgG1. Um die Rolle der TLR4 Aktivierung in allergischen Hautreaktionen gegen Der p 2 zu untersuchen, adaptierten wir dieses Modell und verglichen die Immunantwort von TLR4-defizienten Mäusen gegen WT C57BL/6 Mäuse nach wiederholter epikutaner Sensibilisierung mit rekombinantem Der p 2 mit oder ohne Zugabe von LPS. Die Resultate zeigen, dass Der p 2 eine starke TH2 Immunantwort bewirkt, die zwar durch Zugabe von LPS verstärkt wurde, aber unabhängig von TLR4 Aktivierung war, da TLR4-defiziente Mäuse vergleichbare Resultate zeigten wie WT Mäuse. Des Weiteren wollten wir den Einfluss der enzymatischen Aktivität von Der p 1 in der Sensibilisierung durch die Haut analysieren. Da die Generierung von rekombinantem Der p 1 nicht effizient funktioniert hatte, beschlossen wir, stattdessen die Modell-Cysteinprotease Papain zu verwenden. Wir verglichen den Effekt von aktivem versus inaktiviertem Papain auf die Hautbarriere und die Immunantwort von WT C57BL/6 Mäuse nach einmaliger und wiederholter Applikation. Die Resultate implizieren, dass auf die Haut aufgetragenes Papain hochallergen wirkt. Wenn enzymatisch aktiv, beeinträchtigte es die Hautbarriere durch Degradierung von TJ Proteinen, erhöhte den transepidermalen Wasserverlust und erweiterte die Blutgefäße stark. Eine starke TH2-gerichtete Immunantwort war messbar - diese war unabhängig von der enzymatischen Aktivität. Zusammenfassend beinhaltet diese Doktorthese neue Aspekte der Hautallergie und der Sensibilisierungsmechanismen über die Haut: Die Resultate zeigen, dass die Haut eine sehr wichtige Rolle in der Allergieentwicklung repräsentiert. Außerdem wird gezeigt, dass in der Sensibilisierungsphase in der Haut andere Mechanismen als in der Lunge von Bedeutung sind.

Abstract (English)

House dust mite allergy is one of the most prevalent allergies. Der p 1 and Der p 2 have been identified as the major allergens and like most allergens, HDM allergens exhibit specific molecular features which render them allergenic. Der p 1 is a cysteine protease and acts on tight junctional proteins of the airway epithelium. By its degradatory effect on TJ it impairs the epithelial barrier and leads to enhanced uptake of Der p 1 itself as well as other allergens. Der p 2 is a strong homologue to MD-2 (part of the MD-2-CD14-TLR4 complex) and thereby activates TLR4 signaling, even in the absence of MD-2; a study by Trompette et al. even showed unresponsiveness to Der p 2 in the airways of TLR4-deficient mice. As the lung is usually considered of being highly tolerogenic, we hypothesized that the skin represents an important route in the sensitization process. In this project, we wanted to test whether in the skin the same molecular mechanisms are important in the sensitization to Der p 1 and Der p 2 as shown for lung epithelium. The first approach was to establish a percutaneous sensitization model in BALB/c mice. The results implicate a strong response to Der p 1 and Der p 2 after repeated percutaneous application, eliciting skin alterations, infiltration of immune cells, Der p 1-specific IgG1. To study the role of TLR4 activation in allergic skin reactions towards Der p 2, we compared the immune response of TLR4-deficient C57BL/6 mice to WT C57BL/6 mice after repeated epicutaneous sensitization with recombinant Der p 2 with or without addition of LPS The results demonstrate that Der p 2 triggers a strong TH2 response and although a stronger response was observable when LPS was co-applied, the response was independent of TLR4 activation as TLR4-deficient mice showed comparable results as WT mice. ^Furthermore, we aimed to analyze the importance of enzymatic activity of an cysteine protease in the sensitization via the skin. We used the model protease papain instead and compared the effect on the skin barrier and the immune response of WT C57BL/6 mice towards active and inactive papain after initial and repeated treatment. A very strong TH-2 biased response is observable - the induction of the allergic response was independent of enzymatic activity. Taken together, this PhD thesis provides new aspects on skin allergy and on mechanisms of sensitization via the skin route: the results demonstrate that the skin represents an important route in the development of environmental allergies and illustrates that in the skin, other mechanisms (than in lung epithelium) are of importance during sensitization to certain allergens like Der p 2.

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