Генетическая вариабельность главного аллергена пыльцы березы Bet v 1 и характеристика В- и Т-клеточных эпитопов

Исследована пыльца березы повислой, собранная в период апрель–май 2020, 2021 гг. на территории шести областей Республики Беларусь, с целью определения разнообразия эндемичных генетических вариантов главного аллергена пыльцы березы Bet v 1. Получены рекомбинантные векторные конструкции, содержащие гены, кодирующие различные изоформы изучаемого аллергена. Определена нуклеотидная последовательность клонированных фрагментов. Проведен анализ результатов исследования спектра изоформ белка Bet v 1. Полученные последовательности в той или иной степени соответствуют 11 генетическим вариантам изучаемого аллергена. В пределах одного дерева определено 7 изоформ Bet v 1. Преобладающей изоформой аллергена пыльцы березы Bet v 1 на территории Республики Беларусь является Bet v 1.0101 (Bet v 1a, X15877.1). Установленные варианты проанализированы на предмет их потенциальной аллергенности путем скрининга аминокислот, которые по данным литературы идентифицированы как влияющие на связывание IgE. Анализ аминокислотных остатков, входящих в состав IgE-связывающих конформационных эпитопов, выявил аминокислотные замены, проявляющие разнонаправленную (высокую или низкую) IgE-связывающую активность в положениях 31, 58, 113, 114, 126. Исследована структура доминантных эпитопов, распознаваемых рецептором Т-клеток. Обнаружено, что С-концевой иммунодоминантный Т-клеточный эпитоп Bet v 1_143–157 является высококонсервативным среди различных изоформ аллергена, в отличие от эпитопа Bet v 1_78–93, расположенного в центральной области. Выявленные замены аминокислот изучаемых участков могут влиять на активацию Т-клеток, кросс-реактивность и существенно повышать вариативность ожидаемой IgE-опосредованной реакции.

1. Breiteneder, H. The History and Science of the Major Birch Pollen Allergen Bet v 1 / H. Breiteneder, D. Kraft // Biomolecules. – 2023. – Vol. 13, N 7. – Art. 1151. https://doi.org/10.3390/biom13071151

2. Ligand recognition of the major birch pollen allergen Bet v 1 is isoform dependent / C. Seutter von Loetzen [et al.] // PLoS One. – 2015. – Vol. 10, N 6. – Art. e0128677. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0128677

3. Seven different genes encode a diverse mixture of isoforms of Bet v 1, the major birch pollen allergen / М. Schenk [et al.] // BMC Genomics. – 2006. – Vol. 7. – Art. 168. https://doi.org/10.1186/1471-2164-7-168

4. Naturally occurring hypoallergenic Bet v 1 isoforms fail to induce IgE responses in individuals with birch pollen allergy / S. Wagner [et al.] // J. Allergy Clin. Immunol. – 2008. – Vol. 121, N 1. – P. 246–252. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2007.08.006

5. Purification and characterization of recombinant Bet v I, the major birch pollen allergen. Immunological equivalence to natural Bet v I / F. D. Ferreira [et al.] // J. Biol. Chem. – 1993. – Vol. 268, N 26. – P. 19574–19580. https://doi.org/10.1016/s0021-9258(19)36554-8

6. Proteomic profiling of birch (Betula verrucosa) pollen extracts from different origins / A. Erler [et al.] // Proteomics. – 2011. – Vol. 11, N 8. – P. 1486–1498. https://doi.org/10.1002/pmic.201000624

7. Isoforms of Bet v 1, the major birch pollen allergen, analyzed by liquid chromatography, mass spectrometry, and cDNA cloning / I. Swoboda [et al.] // J. Biol. Chem. – 1995. – Vol. 270, N 6. – P. 2607–2613. https://doi.org/10.1074/jbc.270.6.2607

8. Characterization of PR-10 genes from eight Betula species and detection of Bet v 1 isoforms in birch pollen / М. Schenk [et al.] // BMC Plant. Biol. – 2009. – Vol. 9. – Art. 24. https://doi.org/10.1186/1471-2229-9-24

9. Update of the WHO/IUIS Allergen Nomenclature Database based on analysis of allergen sequences / C. Radauer [et al.] // Allergy. – 2014. – Vol. 69, N 4. – P. 413–419. https://doi.org/10.1111/all.12348

10. Allergen Nomenclature [Electronic resource] – Mode of access: http://www.allergen.org/index.php. – Date of access: 01.04.2024.

11. Isolation of total RNA from pollens / K. Bijli [et al.] // Preparat. Biochem. Biotechnol. – 2001. – Vol. 31, N 2. – P. 155– 162. https://doi.org/10.1081/PB-100103381

12. Sanger, F. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors / F. Sanger, S. Nicklen, A. R. Coulson // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. – 1977. – Vol. 74, N 12. – P. 5463–5467. https://doi.org/10.1073/pnas.74.12.5463

13. Basic Local Alignment Search Tool [Electronic resource] – Mode of access: https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi. – Date of access: 01.04.2024.

14. Genomic characterization of members of the Bet v 1 family: genes coding for allergens and pathogenesis-related proteins share intron positions / K. Hoffmann-Sommergruber [et al.] // Gene. – 1997. – Vol. 197, N 1–2. – P. 91–100. https://doi.org/10.1016/S0378-1119(97)00246-1

15. X-ray and NMR structure of Bet v 1, the origin of birch pollen allergy / M. Gajhede [et al.] // Nat. Struct. Mol. Biol. – 1996. – Vol. 3, N 12. – P. 1040–1045. https://doi.org/10.1038/nsb1296-1040

16. T cells specific to multiple Bet v 1 peptides are highly cross-reactive toward the corresponding peptides from the homologous group of tree pollens / G. Lund [et al.] // Front. Immunol. – 2023. – Vol. 14. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1291666

17. New Bet v 1 isoforms including a naturally occurring truncated form of the protein derived from Austrian birch pollen / R. Friedl-Hajek [et al.] // Mol. Immunol. – 1999. – Vol. 36, N 10. – P. 639–645. https://doi.org/10.1016/s0161-5890(99)00078-4