Molekulare Ansätze zur Reduktion des allergenen Potenzials von Tomatenfrüchten

Molecular approaches to reduce the allergenic potential of tomato fruits

  • Allergien sind ein immer größer werdendes Problem, das gerade in westlichen Industrienationen viele Menschen betrifft. Einem Nahrungsmittelallergiker bietet sich zum heutigen Zeitpunkt lediglich eine einzige Möglichkeit für ein symptomfreies Leben, er muss die entsprechenden Nahrungsmittel aus seinem Speiseplan eliminieren. Neben der Entwicklung von immuntherapeutischen Maßnahmen, konnte durch den Einsatz von pflanzenbiotechnologischen Methoden eine Reduktion der allergenen Potenz verschiedener Lebensmittel erreicht werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte durch den Einsatz von chimären RNAi-Konstrukten gezeigt werden, dass es möglich ist, eine gleichzeitige Hemmung mehrerer allergieauslösendeAllergien sind ein immer größer werdendes Problem, das gerade in westlichen Industrienationen viele Menschen betrifft. Einem Nahrungsmittelallergiker bietet sich zum heutigen Zeitpunkt lediglich eine einzige Möglichkeit für ein symptomfreies Leben, er muss die entsprechenden Nahrungsmittel aus seinem Speiseplan eliminieren. Neben der Entwicklung von immuntherapeutischen Maßnahmen, konnte durch den Einsatz von pflanzenbiotechnologischen Methoden eine Reduktion der allergenen Potenz verschiedener Lebensmittel erreicht werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte durch den Einsatz von chimären RNAi-Konstrukten gezeigt werden, dass es möglich ist, eine gleichzeitige Hemmung mehrerer allergieauslösender Proteine in der Tomate (Lycopersicon esculentum) zu erreichen. Ebenfalls mittels RNA Interferenz wurde die Expression der β1,2-Xylosyltransferase (XylT), einer pflanzlichen Glykosyltransferase, die für die Bindung der β1,2-Xylose an pflanzliche N-Glykane verantwortlich ist, in der Tomate reduziert. Zusammen mit der α1,3-Fucose wird die β1,2-Xylose als Hauptbestandteil der „kreuzreaktiven Kohlenhydratstrukturen“ (CCDs) angesehen, auf die IgE-Antikörper vieler Allergiker kreuzreagieren. Die Analyse der transgenen XylT_RNAi Tomatenfrüchte zeigte eine fast 90%-ige Reduktion der XylT-spezifischen mRNA und eine vollständige Reduktion der Xylose-gebundenen N-Glykane in der massenspektrometrischen Analyse. Durch immunologische Analysen konnte bestätigt werden, dass es in den Linien XylT_RNAi 3 und 12 zu keiner detektierbaren Xylosylierung der N-Glykane gekommen war. Durch die Inkubation von Proteinextrakten dieser XylT_RNAi Linien mit Seren von Tomatenallergikeren zeigte sich eine Patienten-spezifische Reduktion der IgE-Bindung, was zu dem Schluss führt, dass Xylose-gebundene Epitope bei Patienten mit einer Sensibilisierung gegen bestimmte glykosylierte Allergene klinisch relevant sein könnten. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag in der Identifizierung von allergenen Determinanten des Lyc e 1 Profilins. Mittels ungerichteter Mutagenese sollten die Epitope ausfindig gemacht werden, die dazu führen, dass das Profilin, welches ein weit verbreitetes Panallergen darstellt, zum Allergen wird. Da Profiline in allen eukaryontischen Zellen essentielle regulatorische Funktionen bei der Zellmorphogenese übernehmen, musste bei der Modifikation der IgE-Bindestellen die biologische Funktion des Proteins erhalten bleiben. Basierend auf der hohen Homologie der Tertiärstruktur des Tomaten- (Lyc e 1) und des Hefeprofilins (PFY1) wurde der Organismus Saccharomyces cerevisiae dazu verwendet, um allergene Determinanten des Lyc e1 zu identifizieren. Es konnten im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Aminosäuren identifiziert werden, deren Austausch zu einer verminderten IgE-Reaktivität mit Seren von ausgewählten Tomaten- und Birkenallergikern führte. Dieses Ergebnis lässt den Schluss zu, dass die Herstellung von hypo-allergenen Profilinvarianten, die weiterhin ihre biologische Funktion erfüllen können, möglich ist.show moreshow less
  • Allergies are becoming an increasing health problem, affecting many individuals especially in western industrialized countries. For people with food allergies strict avoidance of the particular food is the only possibility to be symptom free. Along with the development of immunotherapeuticals, plant biotechnology was successfully used to reduce the allergenic potential of different plant foods. In the framework of this study it was shown that it is possible to knock-down simultaneously allergenic proteins of tomato (Lycopersicon esculentum) at the same time by using RNA interference. The expression of the β1,2-xylosyltransferase (XylT), a plant glycosyltransferase, which is responsible for tAllergies are becoming an increasing health problem, affecting many individuals especially in western industrialized countries. For people with food allergies strict avoidance of the particular food is the only possibility to be symptom free. Along with the development of immunotherapeuticals, plant biotechnology was successfully used to reduce the allergenic potential of different plant foods. In the framework of this study it was shown that it is possible to knock-down simultaneously allergenic proteins of tomato (Lycopersicon esculentum) at the same time by using RNA interference. The expression of the β1,2-xylosyltransferase (XylT), a plant glycosyltransferase, which is responsible for the linkage of β1,2-xylose to N-glycans, was also reduced by means of RNAi in tomato. The xylose and α1,3-fucose-linked N-glycans are belived to be the major source of carbohydrate-mediated cross-reactions between foods, as well as between foods and pollen. The analysis of transgenic XylT_RNAi tomato fruits revealed an almost 90% reduction of XylT-specific mRNA and a complete reduction of xylose-linked N-glycans, which could be confirmed by mass spectrometry. The immunological analysis showed, that no β1,2-xylose-linked N-glycans could be detected in the lines XylT_RNAi 3 and XylT_RNAi 12. Incubation of XylT_RNAi protein extracts with sera from tomato allergic patients revealed that there was a patient-specific reduction of IgE-binding capacity, which led to the conclusion that xylose-linked epitopes can be clinically relevant for patients which were sensitized with certain glycosylated allergens. Another topic of the work was the identification of allergenic determinants of Lyc e 1. By using random mutagenesis, relevant epitopes of profilin, a widespread panallergen, should be eliminated. Since profilins fulfil essential regulatory functions in all eukaryotic cells, the biological function should be maintained while modifying the IgE-binding epitopes. Based on the high homology in the tertiary structure of the tomato (Lyc e 1) and the yeast profilin (PFY1) the organism Saccharomyces cerevisiae was used to identify allergenic determinants of Lyc e 1. In the framework of this study we could identify and modify several amino acids, leading to a reduced IgE-reactivity in sera of selected tomato and birch allergic patients. This result provides strong evidence that selection of hypo-allergenic and biologically functional profilin variants is possible.show moreshow less

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Metadaten
Author:Kathrin Paulus
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-35345
Advisor:Uwe Sonnewald
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2012/10/02
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2012/09/14
Release Date:2012/10/02
Tag:2-Xylose; CCD; Chimäre RNAi; Hypoallergene Nahrungsmittel; beta1
2-xylose; CCD; Hypoallergenic food; beta1; chimeric RNAi
SWD-Keyword:Glykosylierung; Lebensmittelallergie; Profilin; RNS-Interferenz; Tomate
Institutes:Naturwissenschaftliche Fakultät / Naturwissenschaftliche Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie

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