Baza moleculară a alergiilor la arahide

Geoffrey A. Mueller

1 Laborator de biologie structurală, Institutul Național de Științe ale Sănătății Mediului, Research Triangle Park, NC, SUA

Soheila J. Maleki

2 Departamentul Agriculturii SUA, Serviciul de Cercetare Agricolă, Centrul Regional de Cercetare Sud, New Orleans, LA, SUA

Lars C. Pedersen

1 Laborator de biologie structurală, Institutul Național de Științe ale Sănătății Mediului, Research Triangle Park, NC, SUA

Abstract

Alergenii de arahide pot declanșa un răspuns imun puternic și uneori periculos la un număr tot mai mare de oameni. Structurile moleculare ale acestor alergeni formează baza pentru înțelegerea acestui răspuns. Această revizuire descrie structurile alergene de arahide cunoscute în prezent și discută modul în care modificările atât enzimatice, cât și non-enzimatice afectează digestia, recunoașterea imună înnăscută și interacțiunile IgE. Structurile alergene ajută la explicarea reactivității încrucișate în rândul alergenilor din surse diferite, ceea ce este util în îmbunătățirea diagnosticului pacientului. În mod surprinzător, s-a observat recent că secvențele scurte de peptide asociate printre alergenii de arahide ar putea fi, de asemenea, o sursă de reactivitate încrucișată. Caracteristicile moleculare ale alergenilor de arahide continuă să informeze predicțiile și să ofere noi direcții de cercetare în studiul bolilor alergice.

Introducere

Alergiile la arahide reprezintă o problemă majoră de sănătate publică. Date recente sugerează că incidența este în creștere și în prezent 1-2% dintre americani, sau aproape 30 de milioane de oameni, sunt alergici la arahide [1]. Nu este surprinzător faptul că baza pentru alergia la arahide a făcut obiectul unor cercetări ample. În această revizuire, sperăm să evidențiem noi date axate pe recunoașterea moleculară a alergenilor de arahide de către sistemul imunitar adaptativ și înnăscut. Această revizuire va aprofunda două subiecte majore recente: reactivitatea încrucișată între alunele neomoloage și alergenii la nuci și modificările moleculare ale arahidelor și consecințele lor imunologice. Discutăm pe scurt epitopii IgE în general, deoarece acest subiect a fost recent revizuit [2-4]. Începem prin a discuta structurile moleculare ale alergenilor pentru arahide, pentru a stabili scena pentru aceste subiecte.

Structuri proteice ale alergenilor de arahide

Mai mult de 50% din toți alergenii vegetali pot fi clasificați în doar patru familii de proteine structurale; superfamilia prolaminelor, superfamiliei cupinelor, profilinelor și proteinelor legate de Bet v-1 [5]. Aproape toate acestea sunt proteine de depozitare sau de apărare a plantelor [6]. Alunele adăpostesc 12 alergeni și izoforme multiple recunoscute de Subcomitetul Nomenclaturii Alergenilor din Uniunea Internațională a Societăților Imunologice, dintre care 70% se încadrează în aceste familii. Acești 12 alergeni, pot fi clasificați în cele mai frecvente patru familii de alergeni alimentari: superfamilia Cupin (Ara h 1, 3), superfamilia Prolamin (Ara h 2, 6, 7, 9), familia Profilin (Ara h 5), și proteinele legate de Bet v-1 (Ara h 8), precum și două familii suplimentare, Oleosin (Ara h 10,11) și Defensin (Ara h 12, 13). În prezent, există date structurale pentru Ara h 1, 2, 3, 5, 6 și 8 [7-13]. Am împărțit aceste descrieri structurale în alergenii majori care au cea mai mare prevalență de legare a IgE și alergenii minori, care au o prevalență mai mică de legare a IgE, dar reactivitate încrucișată semnificativă cu alergeni din alte surse.

Alergeni majori

Alergenii dintr-un aliment sunt considerați majori dacă sunt recunoscuți de serul IgE mai mare de 50% din populația alergică. Alergenii majori din arahide sunt în general considerați Ara h 1 și Ara h 3 care sunt membri ai superfamiliei cupinelor de proteine și Ara h 2 și Ara h 6 care sunt membri ai superfamiliei prolaminelor. După cum se poate deduce din descrierile de mai jos, a fost obținută o cantitate remarcabilă de informații structurale, biofizice și bioinformatice despre acești alergeni.

Ara h 1 tundere. Ara h 1 din superfamilia cupin este un trimer de bicupini, colorat de domeniile cupin (PDB: 3SMH). Bicupinele individuale sunt colorate în roz, verde și albastru, cu domenii Nterminal ușor umbrite, iar domeniile C-terminal cu o nuanță mai închisă. În structură sunt evidențiate siturile identificate de glicozilare colorată în roșu (47) și glicare colorată în galben. Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, pot fi identificate mai multe site-uri de glicație și modificări AGE [59]

Ara h 3 este o globulină sau legumină 11S din superfamilia cupinului și împarte identitatea secvenței cu 21% Ara h 1. Pe lângă faptul că este o proteină de stocare a semințelor, Ara h 3 este, de asemenea, un inhibitor al tripsinei [18]. Spre deosebire de Ara h 1, Ara h 3 poate fi cristalizat în forma sa nativă purificată din miez de arahide uscate [13]. În ciuda identității secvenței reduse, structura cristalină a Ara h 3 este foarte asemănătoare cu cea a Ara h 1 cu un r.m.s.d. de 2,4 Å peste 316 din reziduurile miezului. Ara h 3 formează un hexamer format din două trimere similare Ara h 1 stivuite cap la cap (Fig. 2). Ara h 3 este modificat post-translațional printr-un clivaj proteolitic care apare între cele două domenii cupin pe o buclă flexibilă. Acest decolteu pare a fi necesar pentru formarea hexamerului, deoarece această buclă trebuie îndepărtată pentru ca cele două trimere să formeze interfața hexamerică. Cele două domenii cupin sunt cunoscute sub numele de subunitate acidă și bazică și pot fi ușor separate prin focalizare izolectrică [19]. Anumite soiuri de arahide lipsite de subunitatea de bază a Ara h 3 au fost studiate ca potențial mai puțin alergenice [20].

Ara h 3 hexamer. Ara h 3 este un hexamer de două trimestre de bicupini (PDB: 3C3V). Un aparat de tundere este de culoare roz, iar pentru celălalt: două bicupini sunt de culoare gri și al treilea albastru închis pentru domeniul cupin N-terminal de bază și cian pentru domeniul cupin C-terminal acid. Hexamerul se formează după scindarea unei peptide între domeniile cupinului (situl de scindare încercuit în roșu). Siturile de glicație identificate sunt colorate în galben [59]

Ara h 2 a familiei promalin. Evidențiat pe Ara h 2 sunt peptide care s-au dovedit a inhiba legarea IgE de Ara h 1 (colorat în verde) și Ara h 3 (colorat în albastru). Reziduurile care lipsesc din structura cristalină sunt indicate cu o linie întreruptă. Conectivitatea disulfură este prezentată cu bețe magenta și galbene (PDB: 3OB4)

Alergeni minori

Alergenii minori sunt recunoscuți de serul IgE cu mai puțin de 50% din populația alergică. Alergenii minori din arahide, pentru care există informații structurale, includ Ara h 5 din familia de proteine profilină și Ara h 8 din superfamilia asemănătoare Bet v 1. Aceste două structuri au fost determinate recent.

Spre deosebire de alergenii menționați anterior, Ara h 5 nu este o proteină de stocare a semințelor, ci mai degrabă aparține familiei de profil din proteine. Profilurile sunt mici,

15-kDa, proteine găsite în toate celulele eucariote care interacționează cu actina și sunt implicate într-o serie de procese celulare, cum ar fi dinamica citoscheletală. La plante, acestea sunt implicate în alungirea celulelor, menținerea formei celulare, creșterea polarizată a părului rădăcinii și timpul de înflorire [29, 30]. Figura 4 arată că structura cristalină a Ara h 5 recombinantă este alcătuită din profilul canonic motiv α/β cu o foaie β centrală paralelă flancată de helice α [11]. Secvența ridicată și conservarea structurală a profilinelor de la alte specii, cum ar fi alergenul polen Bet v 2 și alergenul latex Hev b 8, pot explica de ce panalergenii profilinici prezintă reactivitate încrucișată din surse multiple [31].

Ara h 5 și Ara h 8. Structuri ale Ara h 5 (A) din familia profilin și Ara h 8 () din familia de proteine legate de Bet v 1. Liganzii găsiți în situl activ al Ara h 8 din diferite structuri (MES color cyan și epicathecin color magenta) sunt redate cu o suprafață semitransparentă (PDB: 4ESP, 4M9W și respectiv 4MA6)