3gAllergy. Carbohydrate Cross-reactive Determinants: Siemens Medical Solutions Diagnostics bvba

Transcriptie

1 Siemens Medical Solutions Diagnostics bvba Marie Curiesquare Brussel Tel: 02/ Fax: 02/ Carbohydrate Cross-reactive Determinants: Een belangrijke oorzaak van kruisreactiviteit bij In Vitro Testen voor Allergeen Specifiek IgE 3gAllergy Siemens Medical Solutions Diagnostics

2 Wat zijn CCD s? CCD s ofwel kruisreagerende suikergroepen van glycoproteïnen komen op veel allergenen voor. De meeste allergenen zijn glycoproteïnen structuren die bestaan uit zijketens met koolhydraat-groepen. Deze zijketens worden ook wel N-glycanen of O-glycanen genoemd en danken hun naam aan de positie waar ze aan het glycoproteïne hechten. lycoproteïnen met N-lycanen (1,2-xylose en 1,3-fucose) zijn het meest onderzocht. Mannosidase van Saccharomyces cerevisiae, een glycoproteïne met drie glycaan-groepen (Vallee at al. beschikbaar van de Protein Data Bank, ID: 1DL Ondanks de grote diversiteit van koolhydraat structuren zijn er binnen het plantenrijk en bij ongewervelde diersoorten overeenkomstige patronen herkenbaar. Asn N-glycaan keten waarvan de koolhydraat structuur is opgebouwd uit twee N-acetyl-glucosamines (), drie mannoses, één fucose en één xylose (= MMXF). De keten hecht aan het glycoproteïne via asparagine. De aanwezigheid van IgE in patiënten sera gericht tegen deze koolhydraat-groepen is in het begin van de tachtiger jaren gerapporteerd. 2,3 De productie van dit soort antistoffen is toegedicht aan blootstelling aan pollen en insectensteken. M M M Waar worden CCD s aangetroffen? CCD s zijn geïdentificeerd in verschillende allergenen van zowel plantaardige als dierlijke origine. Pollen 4 18 Blootstelling aan pollen is een belangrijke oorzaak voor de productie van IgE antistoffen welke een kruisreactie kunnen veroorzaken tussen verschillende koolhydraatgroepen. Tot op heden is het onbekend of bepaalde pollen efficiënter zijn dan andere pollen in het triggeren van de immuunrespons. Koolhydraat-groepen zijn beschreven in boom en kruidpollen, maar de belangrijkste uitlokker van anti-ccd IgE blijken graspollen te zijn. Voedsel van plantaardig origine Anti-CCD IgE is waargenomen als respons tegen verscheidene groenten, vruchten, zaden en noten: tomaten, selderij, wortel, courgette, appel, pinda, linze, sojaboon, kiwi, kers, hazelnoot, mango, papaverzaad, sharonfruit. Kruisreacties tussen pollen en plantaardig voedsel worden vaak veroorzaakt door CCD s. Latex Latex bevat tenminste twee geglycosyleerde moleculen (Hev b 2 en Hev b 13) die de productie van anti-ccd IgE s kunnen opwekken. Bijengif en Wespengif Hyaluronidase (Bijen en Wespen), phospolipase A1 en phospholipases A2 (Honingbij) zijn geglycosyleerde proteïnen aanwezig in het insectengif en kunnen een oorzaak zijn voor anti-ccd IgE s na een insectensteek Omdat deze blootstelling de productie van sterk kruisreactief IgE induceert werden de koolhydraatgroepen Carbohydrates Crossreactive Determinants genoemd (CCD s).

3 Zijn anti-ccd IgE s klinisch relevant? De overheersende mening tot op heden is dat anti-ccd IgE antistoffen niet klinisch relevant zijn, omdat de aanwezigheid van anti-ccd IgE antistoffen samen gaat met negatieve huidprik testen, provocatietesten en het ontbreken van klinische symptomen. 42 Daar veel glycoproteïnen slechts één IgE bindende glycaanketen bevatten is het onwaarschijnlijk dat één glycaanketen in staat is om twee membraangebonden IgE-moleculen op een mestcel of basofiele granulocyt te crosslinken, dit wordt mede bepaald door de toegankelijkheid van het epitoop en de affiniteit van de antistoffen. Dus klinische symptomen blijven uit bij patiënten die uitsluitend anti-ccd-ige produceren. Toch is er vaak melding gemaakt dat anti-ccd IgE wordt gedetecteerd met behulp van In Vitro testen. 43 Zolang er geen klinische relevantie is aangetoond, dienen CCD s beschouwd te worden als een mogelijke veroorzaker van interferenties van In Vitro Allergeen Specifiek IgE testen. Informatie over distributie en prevalentie van anti-ccd IgE en prevalentie van anti-ccd IgE in grote cohorten van patiënten met allergische symptomen is gelimiteerd. Wat zijn de consequenties van anti-ccd IgE voor de allergie diagnose? Wanneer een patiënt met anti-ccd IgE bijvoorbeeld wordt getest voor pinda, met een In Vitro Allergeen Specifiek IgE test, kan de mogelijke interferentie van anti-ccd IgE de volgende consequenties tot gevolg hebben: De patiënt is gesensibiliseerd voor pinda maar de test detecteert IgE gericht tegen zowel het proteïne als de koolhydraat-groep van het pinda-allergeen. Positief testresultaat geeft een overdreven vertekenend beeld. De patiënt is niet gesensibiliseerd voor pinda maar de test detecteert anti-ccd IgE. Het testresultaat voor dit allergeen is klinisch vals positief. Een aantal voorlopige onderzoeken suggereert dat het effect van anti-ccd IgE interferentie varieert afhankelijk van de gebruikte In Vitro Allergeen Specifiek IgE test. 43,44 Wanneer dient interferentie door anti-ccd IgE te worden onderzocht? 1. Als in vitro test resultaten niet in overeenstemming zijn met het klinisch beeld (historie, symptomen, huid priktesten) van een patiënt. 2. Wanneer de patiënt positief is voor meerdere allergenen. 3. Wanneer verschillende in vitro methodieken een verschillend resultaat geven voor hetzelfde allergeen. 4. Voor drie allergeen soorten Plantaardig voedsel: groente, fruit, zaden (pinda) 42 Latex: zonder blootstelling bij beroepsmatige risicofactoren. 4 Insectengif: indien de in vitro testen een positief resultaat geven voor zowel bij als wesp. 36 Pollinosis (hooikoorts), speciaal bij patiënten met een sensibilisatie voor meerdere pollen (grassen, bomen, kruiden), is de voornaamste oorzaak van interferentie door anti-ccd IgE. Waarom is het belangrijk om interferentie door anti-ccd IgE te identificeren? Behandelende artsen dienen op de hoogte te zijn van de eventuele invloed van interferenties op in vitro testen. Ondanks dat de diagnose allergie nooit uitsluitend op in vitro testresultaten gesteld kan worden, zal de aanwezigheid van anti-ccd IgE de kans op een foute diagnose bij voedsel, latex en insectengif vergroten. Zo n verkeerde diagnose kan resulteren in onnodige vermijding (dieet) en/of onterechte immunotherapie. 45

4 Hoe kan interferentie door anti-ccd IgE vastgesteld worden? Het bewijs om de aanwezigheid van anti-ccd IgE in patiëntensera aan te tonen is mogelijk door in het serum IgE reactiviteit op te sporen tegen een goed gekarakteriseerd glycoproteïne of de geïsoleerde koolhydraat ketens zoals MUXF. Het gebruik van zo n glycoproteïne of MUXF als marker om anti-ccd IgE aan te tonen geeft een indicatie van de aanwezigheid van IgE gericht tegen de koolhydraatepitopen, van deze koolhydraat-epitopen is het bekend dat ze geen allergische reactie kunnen uitlokken. Het tot nu toe meest toegepaste glycoproteïne om IgE reactiviteit tegen koolhydraatgroepen aan te tonen is bromeline. Het is een ideale marker daar de koolhydraatstructuur sterk overeenkomt met koolhydraat ketens van veel andere planten en omdat een echte allergie voor bromeline erg zeldzaam is. Een meer specifieke test voor anti-ccd is MUXF, de geïsoleerde koolhydraat keten van bromeline. Bromeline en MUXF kunnen gebruikt worden als inhibitors in een kwantitatieve of kwalitatieve competitieve inhibitie test. Inhibitieprocedures zijn goed gestandaardiseerde procedures om kruisreactie en echte dubbele sensibilisatie va elkaar te onderscheiden. Naam MUXF Bromeline Horseradish Ascorbaat Peroxidase Oxidase Bron Bromelain Ananas Mierikswortel Courgette Aantal koolhydraat ketens lycaan MUXF MUXF MMXF MMXF structuur Code O214 K202 K225 K226 M: mannose, X: xylose, F: fucose Een positief testresultaat voor een Bromeline specifiek IgE test (of iedere andere glycoproteïne die gebruikt is als CCDmarker) zal geen allergische reactie kunnen uitsluiten. 47 Tenslotte, de aanwezigheid van anti-ccd IgE dient zorgvuldig te worden geëvalueerd met een in vitro test die gebruik maakt van het natieve of recombinante glycoproteïnen. Bromeline en nu ook MUXF, beschikbaar in het 3gAllergy menu, kunnen zoals ieder ander allergeen bepaald worden. Een verhoogd resultaat voor allergeen specifiek IgE tegen bromeline suggereert de aanwezigheid van anti-ccd IgE in het staal of, zéér onwaarschijnlijk, sensibilisatie tegen bromeline. Een verhoogd MUXF resultaat is een nog specifiekere aanwijzing voor de aanwezigheid van anti-ccd IgE. Zorgvuldige interpretatie van andere in vitro resultaten, en in het bijzonder hun klinische relevantie, is daarom ten sterkste aanbevolen. Het is belangrijk om te weten dat in vitro kruisreactiviteit niet altijd samengaat met klinische reactiviteit. Andere markers, zoals Ascorbaat oxidase of Horseradish Peroxidase met een variërend aantal koolhydraatketens, zijn tevens in de literatuur beschreven. 46

5 Referenties 1. Protein Data Bank ID: 1DL2. Image available at do?structureid=1dl2 Original journal source: Vallee F, Lipari F, Yip P, Sleno B, Herscovics A, Howell PL. Crystal structure of a class I alpha1,2-mannosidase involved in N-glycan processing and endoplasmic recticulum quality control. EMBO J 2000;19: The Protein Data Bank is maintained by the Research Collaboratory for Structual Bioinformatics ( Original journal source: Berman HM, Westbrook J, Feng Z, illiland, Bhat TN, Weissig H, et al. The Protein Data Bank. Nucleic Acids Research 2000;28: Aalberse RC, KoshteV, Clemens JJ. Cross-reactions between vegetable foods, pollen and bee venom due to IgE antibodies to a ubiquitous carbohydrate determinant. Int Arch Allergy Appl Immunol 1981;66 (Suppl. 1): Aalberse RC, Koshte V, Clemens J. Immunoglobulin E antibodies that crossreact with vegetable foods, pollen, and Hymenoptera venom. J Allergy Clin Immunol 1981;68: Ebo D, Hagendorens MM, Bridts CH, De Clerck LS, Stevens WJ. Sensitization to cross-reactive carbohydrate determinants and the ubiquitous protein profilin: mimickers of allergy. Clin Exp Allergy 2004;34: Himly M, Jahn-Schmid B, Dedic A, Kelemen P, Wopfner N, Altmann F, et al. Art v 1, the major allergen of mugwort pollen, is a modular glycoprotein with a defensinlike and a hydroxyproline-rich domain. FASEB J 2003;17: Batanero E, Villalba M, Monsalve RI, Rodriguez R. Cross-reactivity between the major allergen from olive pollen and unrelated glycoproteins: evidence of an epitope in the glycan moiety of the allergen. J Allergy Clin Immunol 1996;97: van Ree R, Cabanes-Macheteau M, Akkerdaas J, Milazzo JP, Loutelier- Bourhis C,Rayon C, et al. Beta(1,2)-xylose and alpha(1,3)-fucose residues have a strong contribution in IgE binding to plant glycoallergens. J Biol Chem 2000 Apr 14;275(15): Andersson K, Lidholm J. Characteristics and immunobiology of grass pollen allergens. Int Arch Allergy Immunol 2003;130: Pike RN, Bagarozzi D Jr, Travis J. Immunological cross-reactivity of the major allergen from perennial ryegrass (Lolium perenne), Lol p I, and the cysteine proteinase, bromelain. Int Arch Allergy Immunol 1997;112: Wicklein D, Lindner B, Moll H, Kolarich D, Altmann F, Becker WM, et al. Carbohydrate moieties can induce mediator release: a detailed characterization of two major timothy grass pollen allergens. Biol Chem 2004;385(5): avrovic-jankulovic M, Cirkovic T, Bukilica M, Fahlbusch B, Petrovic S, Jankov RM. Isolation and partial characterization of Fes p 4 allergen. J Investig Allergol Clin Immunol 2000;10(6): Stumvoll S, Lidholm J, Thunberg R, DeWitt AM, Eibensteiner P, Swoboda I, et al. Purification, structural and immunological characterization of a timothy grass (Phleum pratense) pollen allergen, Phl p 4, with crossreactive potential. Biol Chem 2002;383(9): Su SN, Shu P, Lau X, Yang SY, Huang SW, Lee YC. Immunologic and physicochemical studies of Bermuda grass pollen antigen B60. J Allergy Clin Immunol 1996;98: Hemmer W, Focke M, Wantke F, otz M, Jarisch R, Jager S, et al. Ash (Fraxinus excelsior)-pollen allergy in central Europe: specific role of pollen panallergens and the major allergen of ash pollen, Fra e 1. Allergy. 2000;55: Palomares O, Villalba M, Rodriguez R. The C-terminal segment of the 1,3-betaglucanase Ole e 9 from olive (Olea europaea) pollen is an independent domain with allergenic activity: expression in Pichia pastoris and characterization. Biochem J 2003;369(Pt 3): Pauli, Papanikolaou I, Niederberger V. Sensibilisation au frêne: allergènes spécifiques et/ou allergènes croissants? Rev Fr Allergol Immunol Clin 2003; 43: Di Felice, Barletta B, Tinghino R, Pini C. Cupressaceae pollinosis: identification, purification and cloning of relevant allergens. Int Arch Allergy Immunol 2001;125: Iacovacci P, Afferni C, Butteroni C, Pironi L, Puggioni EM, Orlandi A, et al. Comparison between the native glycosylated and the recombinant Cup a1 allergen: role of carbohydrates in the histamine release from basophils. Clin Exp Allergy 2002;32: Foetisch K, Westphal S, Lauer I, Retzek M, Altmann F, Kolarich D, et al. Biological activity of IgE specific for cross-reactive carbohydrate determinants. J Allergy Clin Immunol 2003;111: Fischer S, rote M, Fahlbusch B, Muller WD, Kraft D, Valenta R. Characterization of Phl p 4, a major timothy grass (Phleum pratense) pollen allergen. J Allergy Clin Immunol 1996;98: Paschke A, Kinder H, Zunker K, Wigotzki M, Steinhart H, Wessbecher R, et al. Characterization of cross-reacting allergens in mango fruit. Allergy 2001;56: Jensen-Jarolim E, erstmayer, Kraft D, Scheiner O, Ebner H, Ebner C. Serological characterization of allergens in poppy seeds. Clin Exp Allergy 1999;29: Fahlbusch B, Rudeschko O, Schumann C, Steurich F, Henzgen M, Schlenvoigt, et al. Further characterization of IgE-binding antigens in kiwi, with particular emphasis on glycoprotein allergens. J Investig Allergol Clin Immunol 1998;8: Anliker MD, Reindl J, Vieths S, Wuthrich B. Allergy caused by ingestion of persimmon (Diospyros kaki): detection of specific IgE and cross-reactivity to profilin and carbohydrate determinants. J Allergy Clin Immunol 2001;107: Ballmer-Weber BK, Wuthrich B, Wangorsch A, Fotisch K, Altmann F, Vieths S. Carrot allergy: double-blinded, placebo-controlled food challenge and identification of allergens. J Allergy Clin Immunol 2001;108: Scheurer S, Pastorello EA, Wangorsch A, Kastner M, Haustein D, Vieths S. Recombinant allergens Pru av 1 and Pru av 4 and a newly identified lipid transfer 27. Bauer L, Ebner C, Hirschwehr R, Wuthrich B, Pichler C, Fritsch R, et al. IgE crossreactivity between birch pollen, mugwort pollen and celery is due to at least three distinct cross-reacting allergens: immunoblot investigation of the birch-mugwortcelery syndrome. Clin Exp Allergy 1996;26:

6 28. Petersen A, Vieths S, Aulepp H, Schlaak M, Becker WM. Ubiquitous structures responsible for IgE cross-reactivity between tomato fruit and grass pollen allergens. J Allergy Clin Immunol 1996;98: Jankiewicz A, Aulepp H, Altmann F, Fötisch K, Vieths S. Serological investigation of 30 celery-allergic patients with particular consideration of the thermal stability of IgE-binding celery allergens. Allergo J 1998;7: Reindl J, Anliker MD, Karamloo F, Vieths S, Wuthrich B. Allergy caused by ingestion of zucchini (Cucurbita pepo): characterization of allergens and crossreactivity to pollen and other foods. J Allergy Clin Immunol 2000;106: Rodriguez-Perez R, Crespo JF, Rodriguez J, Salcedo. Profilin is a relevant melon allergen susceptible to pepsin digestion in patients with oral allergy syndrome. J Allergy Clin Immunol 2003;111: arcia-casado, Sanchez-Monge R, Chrispeels MJ, Armentia A, Salcedo, omez L. Role of complex asparagine-linked glycans in the allergenicity of plant glycoproteins. lycobiology 1996;6: Yagami T, Osuna H, Kouno M, Haishima Y, Nakamura A, Ikezawa Z. Significance of carbohydrate epitopes in a latex allergen with beta-1,3-glucanase activity. Int Arch Allergy Immunol 2002;129: Arif SA, Hamilton R, Yusof F, Chew NP, Loke YH, Nimkar S, et al. Isolation and characterization of the early nodule-specific protein homologue (Hev b 13), an allergenic lipolytic esterase from Hevea brasiliensis latex. J Biol Chem 2004;279: Sunderasan E, Bahari A, Arif SA, Zainal Z, Hamilton R, Yeang HY. Molecular cloning and immunoglobulin E reactivity of a natural rubber latex lecithinase homologue, the major allergenic component of Hev b 4. Clin Exp Allergy 2005 Nov;35(11): Hemmer W, Focke M, Kolarich D, Dalik I, otz M, Jarisch R. Identification by immunoblot of venom glycoproteins displaying immunoglobulin E-binding Nglycans as cross-reactive allergens in honeybee and yellow jacket venom. Clin Exp Allergy 2004;34: Mu?ller UR. Recombinant Hymenoptera venom allergens. Allergy 2002;57: Tretter V, Altmann F, Kubelka V, Marz L, Becker WM. Fucose alpha 1,3-linked to the core region of glycoprotein N-glycans creates an important epitope for IgE from honeybee venom allergic individuals. Int Arch Allergy Immunol 1993;102: Schafer T, Przybilla B. IgE antibodies to Hymenoptera venoms in the serum are common in the general population and are related to indications of atopy. Allergy 1996;51: Hemmer W, Focke M, Kolarich D, Wilson IB, Altmann F, Wohrl S, otz M, Jarisch R. Antibody binding to venom carbohydrates is a frequent cause for double positivity to honeybee and yellow jacket venom in patients with stinging-insect allergy. J Allergy Clin Immunol 2001;108: Allergie aux venins d hymenoptères: intérêt du dosage des IgE anti-bromeline. Rev Fr Allergol Immunol Clin 2003;43: van der Veen MJ, van Ree R, Aalberse RC, Akkerdaas J, Koppelman SJ, Jansen HM, et al. Poor biologic activity of cross-reactive IgE directed to carbohydrate determinants of glycoproteins. J Allergy Clin Immunol 1997;100: Mari A, Iacovacci P, Afferni C, Barletta B, Tinghino R, Di Felice, et al. Specific IgE to cross-reactive carbohydrate determinants strongly affect the in vitro diagnosis of allergic diseases. J Allergy Clin Immunol 1999;103: uilloux L, Hamberger C. Evaluation du dosage des IgE spé cifiques vis-àvis des allergènes alimentaires majeurs de l enfant par la technique IMMULITE2000 DPC [abstract]. Rev Fr Allergol Immunol Clin 2004;44: Bilò MB, Rueff F, Mosbech H, Bonifazi F, Oude-Elberink JN, Birnbaum J, et al. Panel of experts of EAACI Interest roup on Insect Venom Hypersensitivity. Insect venom allergy [position paper]. Brussels: EAACI.; Mari A. IgE to cross-reactive carbohydrate determinants: analysis of the distribution and appraisal of the in vivo and in vitro reactivity. Int Arch Allergy Immunol 2002;129: Kochuyt AM, Van Hoeyveld EM, Stevens EA. Prevalence and clinical relevance of specific immunoglobulin E to pollen caused by sting-induced specific immunoglobulin E to cross-reacting carbohydrate determinants in Hymenoptera venoms. Clin Exp Allergy 2005;35:441-7.