Erdbeere, Kirsche, Birke, Gras – verstärkt ein kleines Molekül allergische Reaktionen?

Erdbeere, Kirsche, Birke, Gras – verstärkt ein kleines Molekül allergische Reaktionen?

 

In jedem Frühjahr, wenn der Wind die Pollen von Bäumen und Sträuchern in der Atemluft verbreitet, leiden viele Menschen unter Heuschnupfen und tränenden Augen, manche erleiden sogar einen lebensgefährlichen anaphylaktischen Schock. Es handelt sich um allergische Reaktionen, die durch bestimmte Proteine – sogenannte Allergene – ausgelöst werden. Diese Allergene finden sich insbesondere in den Pollen von Birken. Sie sind hin-sichtlich ihrer molekularen Struktur denjenigen Allergenen ähnlich, die in Kirschen, Erd-beeren und anderen Früchten enthalten sind.

 

 

327-Allergieforschung

Bet v 1a, ein Hauptallergen der Birke. Die Funktion der großen Höhle (links) als Bindungsstelle für einen Liganden (rechts) wurde jetzt am Forschungszentrum für Bio-Makromoleküle der Universität Bayreuth aufgeklärt.

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Charakteristisch für diese Gruppe von Allergenen ist eine strukturelle Besonderheit ihrer Mo-leküle: In ihrem Inneren befindet sich ein auffällige große Höhle. Deren Funktion war bis vor kurzem völlig unklar. Und auch die biologische Funktion, die diese Gruppe von Allergenen in den Pflanzen erfüllt, lag bisher im Dunkeln. Einer Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Paul Rösch an der Universität Bayreuth ist es nun aber gelungen, beide Rätsel zu lösen – zumindest in Be-zug auf das Hauptallergen der Birkenpollen. Es handelt sich hierbei um dasjenige Protein in den Birkenpollen, das im Vergleich mit anderen Birkenpollen-Proteinen besonders häufig al-lergische Reaktionen auslöst; seine chemische Bezeichnung lautet Bet v 1.

Erstmals identifiziert: der molekulare Partner des Birkenpollenallergens 

Die Bayreuther Wissenschaftler haben dieses Allergen direkt aus den Pollen der Birken iso-lieren können; und zwar zusammen mit einem kleinen Partnermolekül, das in den Pollen an das Allergen bindet und daher als natürlicher Ligand bezeichnet wird. Die Funktion der Höh-le im Inneren des Allergens besteht genau darin, dass der Ligand hier Platz findet und an das Allergen andockt. „Das von uns entwickelte Verfahren, um das Allergen in Verbindung mit seinem Liganden aus den Birkenpollen zu isolieren, erwies sich als komplex und zeitauf-wändig“, berichtet Prof. Dr. Paul Rösch. „Es führte aber, im Unterschied zu dem bisher ver-folgten Ansatz, zum Erfolg.“ Weltweit hatten Forscher zuvor mit gentechnisch hergestellten Allergenmolekülen gearbeitet und dabei vergeblich nach einem organischen Molekül ge-sucht, das in die Höhle des Allergens hineinpasst und hier gebunden wird. Zusammen mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Wilfried Schwab an der TU München wurde der neu entdeckte Ligand untersucht und bestimmt. Es handelt sich um das organische Molekül Quercetin-3-O-sophorosid (Q3OS), das unter anderem für die Gelbfärbung der Pollen verantwortlich ist. Q3OS gehört der Stoffgruppe der Flavonol Glykoside an, die praktisch in allen Pflanzen vorkommen.

Die Bayreuther Wissenschaftler haben diese neuen Erkenntnisse im Dezember 2013 auch in einem vielbeachteten Plenarvortrag auf dem 5. Internationalen Symposium für Molekulare Allergologie der „European Academy of Allergy and Clinical Immunology“ in Wien präsen-

tiert. Das begleitende Poster der Arbeitsgruppe wurde mit dem ersten Preis dieser Tagung und einer Geldprämie ausgezeichnet.

Neue Perspektiven für die Erforschung von Allergien 

„Nachdem es uns gelungen ist, den natürlichen Liganden des Birkenpollenallergens zu identifizieren, eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten der Allergenforschung. Bisher hat man vermutet, dass der Ligand eine zentrale Rolle bei der Entstehung von Allergien spielt. Als Partnermolekül des Allergens verstärkt es möglicherweise dessen Wirkung erheblich. Diese Hypothese lässt sich jetzt überprüfen – nicht nur für das Birkenpollenallergen, son-dern auch für verwandte Allergene“, erklärt die Arbeitsgruppenleiterin Dr. Olivia Hartl-Spiegelhauer. Wie durch Lebensmittel- und Grasallergene, die dem Birkenpollenallergen strukturell sehr ähnlich sind, allergische Reaktionen ausgelöst werden, könne mit dem neuen Forschungsansatz weiter aufgeklärt werden.

Allergene sollen Pollen vor Sonnenlicht schützen 

Bei der Entdeckung des Liganden ist die Bayreuther Forschergruppe auch der biologi- schen Funktion des Birkenpollenallergens auf die Spur gekommen. „Das Zusammenspiel zwischen dem Allergen und dem in seinem Inneren gebundenen Liganden schützt die DNA der Pollen vor Schädigungen durch UV-Strahlung. Birken geben ihren Pollen sozusagen einen Sunblocker mit auf die Reise durch den Frühling. Genau darunter müssen Allergiker dann aber leiden“, erklärt Dr. Olivia Hartl-Spiegelhauer, die an der Universität Bayreuth promoviert und hier auch das Elitestudienprogramm „Macromolecular Science“ erfolgreich abgeschlossen hat.

Bayreuther Beiträge zur Allergieforschung 

Schon seit Beginn der 1990er Jahre sind einige der Moleküle bekannt, die als Allergene wirken. Die erste dreidimensionale Struktur des allergenen Proteins Bet v 1 konnte 1996 von einer dänischen Arbeitsgruppe aufgeklärt werden. Im Jahr 1999 gelang es dann der

Bayreuther Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Paul Rösch, die Struktur der Unterform Bet v 1a aufzuklären, die maßgeblich für allergische Reaktionen im menschlichen Körper verant-wortlich ist. Es folgten dann an der Universität Bayreuth die dreidimensionalen Strukturen der eng mit dem Pollenallergen verwandten Lebensmittelallergene der Kirsche, des Soja und der Erdbeere. Diese allergenen Proteine sind, chemisch betrachtet, den Hauptallerge-nen des Apfels, des Selleries und der Karotte sehr ähnlich.

In dieser Ähnlichkeit von Proteinstrukturen liegt auch die Ursache von Kreuzallergien, wie die Bayreuther Arbeitsgruppe um Prof. Rösch schon vor mehreren Jahren zeigen konnte. Kreuzallergien sind Allergien des gleichen Patienten, die durch Allergene völlig verschie-denen Ursprungs ausgelöst werden. Wer beispielsweise gegen das Birkenpollenallergen Bet v 1 allergisch reagiert, ist sehr häufig auch Allergiker gegen das strukturell fast identi-sche Lebensmittelallergen Pru av 1 der Kirsche. Neue Erkenntnisse zu den Strukturen der Allergene sind also nicht allein für die Grundlagenforschung von größter Bedeutung. Prak-tische Anwendungen können dazu beitragen, Allergene nachzuweisen oder zu vermeiden, aber auch Kreuzallergien vorherzusagen.

 

 

Veröffentlichungen: 
Seutter von Loetzen C, Hoffmann T, Hartl MJ, Schweimer K, Schwab W, Rösch P, Hartl-Spiegelhauer O. The secret of the major birch pollen allergen Bet v 1 – identification of the physiological ligand. Biochem J. 2013 Oct 30. PMID: 24171862 [Epub ahead of print] 
siehe auch: 
Rösch P et al. NMR of Allergens. Plenary Lecture, ISMA 2013, Vienna 
Seutter von Loetzen C, Schweimer K, Schwab W, Rösch P, Hartl-Spiegelhauer O. Solution structure of the strawberry allergen Fra a 1. Biosci Rep. 2012 32:567-75. doi:10.1042/BSR20120058 
Seutter von Loetzen C et al. Identification of the Natural Ligand of Bet v 1. P03, ISMA 2013, Vienna 
Ansprechpartner: 
Prof. Dr. Paul Rösch Forschungszentrum für Bio-Makromoleküle Universität Bayreuth 95440 Bayreuth Tel. +49 (0)921 55-3540 E-Mail: roesch@unibt.de 
 
Text und Redaktion: 
Christian Wißler M.A. 
Stabsstelle Presse, Marketing und Kommunikation Universität Bayreuth 
D-95440 Bayreuth 
Tel.: 0921 / 55-5356 / Fax: 0921 / 55-5325 
E-Mail: mediendienst-forschung@uni-bayreuth.de 
Bilder: 
Seite 1: Chr. Wißler; zur Veröffentlichung frei. 
Seite 2: Forschungszentrum für Bio-Makromoleküle der Universität Bayreuth; mit Quellenangabe zur Veröffentlichung frei. 
www.uni-bayreuth.de/presse/images/2013/327 
 
 
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