Молекулярна основа алергії на арахіс

Джеффрі А. Мюллер

1 Лабораторія структурної біології, Національний інститут наук про здоров'я навколишнього середовища, Дослідницький парк Трикутник, штат Північна Кароліна, США

Солейла Дж. Малекі

2 Міністерство сільського господарства США, Служба сільськогосподарських досліджень, Південний регіональний науковий центр, Новий Орлеан, штат Лос-Анджелес, США

Ларс К. Педерсен

Анотація

Алергени з арахісу можуть викликати потужну, а часом і небезпечну імунну відповідь у все більшої кількості людей. Молекулярні структури цих алергенів складають основу для розуміння цієї реакції. Цей огляд описує відомі на сьогодні структури арахісового алергену та обговорює, як модифікації як ферментативні, так і неферментативні впливають на травлення, вроджене розпізнавання імунітету та взаємодії IgE. Структури алергенів допомагають пояснити перехресну реактивність серед алергенів з різних джерел, що корисно для покращення діагностики пацієнта. Дивно, але нещодавно було відзначено, що споріднені короткі пептидні послідовності серед арахісових алергенів також можуть бути джерелом перехресної реактивності. Молекулярні особливості алергенів арахісу продовжують інформувати прогнози та забезпечувати нові напрямки досліджень у вивченні алергічних захворювань.

Вступ

Алергія на арахіс є основною проблемою охорони здоров'я. Останні дані свідчать про те, що захворюваність зростає, і в даний час 1-2% американців, або майже 30 мільйонів людей, мають алергію на арахіс [1]. Не дивно, що основа алергії на арахіс була предметом великих досліджень. У цьому огляді ми сподіваємось висвітлити нові дані, зосереджені на молекулярному розпізнаванні арахісових алергенів адаптивною та вродженою імунною системою. Цей огляд розгляне дві останні основні теми: перехресна реактивність серед негомологічних арахісових та горіхових алергенів та молекулярні модифікації арахісу та їх імунологічні наслідки. Ми коротко обговорюємо епітопи IgE загалом, оскільки ця тема нещодавно була добре розглянута [2–4]. Ми починаємо з обговорення молекулярних структур алергенів арахісу, щоб підготувати ці теми.

Білкові структури арахісових алергенів

Більше 50% усіх рослинних харчових алергенів можна розділити лише на чотири сімейні структурні білки; надсімейство проламіну, суперсімейство купінів, профіліни та білки, пов’язані з Bet v-1 [5]. Майже всі вони є або білками, що зберігаються, або рослинами, пов’язаними з захистом рослин [6]. Арахіс містить 12 алергенів та множинні ізоформи, визнані підкомітетом алергенної номенклатури Міжнародного союзу імунологічних товариств, 70% з яких належать до цих сімей. Ці 12 алергенів можна віднести до чотирьох найпоширеніших сімейств харчових алергенів: надсімейство Купінів (Ara h 1, 3), надсімейство Prolamin (Ara h 2, 6, 7, 9), сімейство Profilin (Ara h 5), і Bet v-1-споріднені білки (Ara h 8), а також два додаткові сімейства, Oleosin (Ara h 10,11) та Defensin (Ara h 12, 13). В даний час існують структурні дані для Ara h 1, 2, 3, 5, 6 та 8 [7–13]. Ми поділили ці структурні описи на основні алергени, які мають найвищу поширеність зв'язування IgE, та другорядні алергени, які мають меншу поширеність IgE-зв'язуючого, але значну перехресну реактивність з алергенами з інших джерел.

Основні алергени

Алергени в їжі вважаються основними, якщо вони розпізнаються за вмістом IgE у сироватці крові понад 50% алергічної популяції. Основними алергенами в арахісі зазвичай вважаються Ara h 1 і Ara h 3, які є членами сімейства білків Купіна, та Ara h 2 і Ara h 6, які є членами надсімейства проламіну. Як можна зробити висновок з наведених нижче описів, отримано значну кількість структурної, біофізичної та біоінформатичної інформації про ці алергени.

Ara h 1 тример. Ara h 1 суперсімейства купінів являє собою тример бікупінів, забарвлений доменами купіна (PDB: 3SMH). Окремі бікупіни забарвлені в рожевий, зелений та синій кольори, домени Nterminal мають легке затінення, а С-кінцеві домени мають більш темний відтінок. На структурі виділено ідентифіковані ділянки глікозилювання, пофарбовані в червоний колір (47) і глікіровані в жовтий колір. У міру вдосконалення технології може бути виявлено більше місць глікації та модифікації AGE [59]

Ara h 3 є 11S глобуліном або бобовим у суперсімействі купінів і має 21% ідентичності послідовності з Ara h 1. Окрім того, що Ara h 3 є білком для зберігання насіння, він також є інгібітором трипсину [18]. На відміну від Ara h 1, Ara h 3 може кристалізуватися в природному вигляді, очищений від сухих ядер арахісу [13]. Незважаючи на низьку ідентичність послідовності, кристалічна структура Ara h 3 дуже схожа на структуру Ara h 1 із середньоквадратичним значенням. 2,4 Å над 316 залишків ядра. Ara h 3 утворює гексамер, що складається з двох Ara h 1-подібних тримерів, складених один до одного (рис. 2). Ara h 3 модифікується посттрансляційно шляхом протеолітичного розщеплення, яке відбувається між двома доменами купіна на гнучкій петлі. Це розщеплення, як видається, потрібно для формування гексамера, оскільки цю петлю потрібно видалити, щоб два тримери утворили гексамерний інтерфейс. Два домени купіна відомі як кислотна та основна субодиниці, і їх можна легко розділити ізолектричним фокусуванням [19]. Деякі сорти арахісу, у яких відсутня основна субодиниця Ara h 3, були вивчені як потенційно менш алергенні [20].

Ара h 3 гексамер. Ara h 3 - гексамер двох тримерів бікупінів (PDB: 3C3V). Один тример пофарбований у рожевий колір, а для іншого: два бікупіни пофарбовані в сірий колір, а третій - в темно-синій для основного N-кінцевого домену купіна та блакитний для кислого С-кінцевого домену купіна. Гексамер утворюється після розщеплення пептиду між доменами купіна (місце розщеплення обведене червоним кольором). Сайти ідентифікованого глікування забарвлені у жовтий колір [59]

Ара h 2 з сімейства промалінових. На Ara h 2 виділено пептиди, які, як було встановлено, пригнічують зв'язування IgE з Ara h 1 (кольоровий зелений) та Ara h 3 (кольоровий синій). Відсутні залишки в кристалічній структурі позначаються пунктиром. Зв'язок дисульфіду показаний пурпуровими та жовтими паличками (PDB: 3OB4)

Незначні алергени

Незначні алергени розпізнаються в сироватці IgE менше ніж у 50% алергічного населення. До другорядних алергенів арахісу, щодо яких існує структурна інформація, належать Ara h 5 із сімейства білків профілінів та Ara h 8 із суперсімейства Bet v 1. Ці дві структури були визначені нещодавно.

На відміну від вищезазначених алергенів, Ara h 5 не є білком, що зберігає насіння, а належить до сімейства білків профілінів. Профіліни малі,

15-кДа, білки, знайдені у всіх еукаріотичних клітинах, які взаємодіють з актином і беруть участь у ряді клітинних процесів, таких як цитоскелетна динаміка. У рослин вони беруть участь у подовженні клітин, підтримці форми клітин, поляризованому зростанні кореневого волосся та часу цвітіння [29, 30]. На малюнку 4 показано, що кристалічна структура рекомбінантного Ara h 5 складається з канонічного мотиву профаїну α/β з центральним антипаралельним β-листом, фланкированним α-спіралями [11]. Висока послідовність та структурна збереженість для профілінів інших видів, таких як пилковий алерген Bet v 2 та латексний алерген Hev b 8, можуть пояснити, чому палелергени профіліну демонструють перехресну реакційну здатність з різних джерел [31].

Ara h 5 і Ara h 8. Структури Ara h 5 (a) з сімейства профілінів та Ara h 8 () із сімейства білків, пов’язаних із Bet v 1. Ліганди, виявлені в активному центрі Ara h 8 з різних структур (кольори MES блакитний та пурпуровий колір епікатецину), отримують із напівпрозорою поверхнею (PDB: 4ESP, 4M9W та 4MA6, відповідно)