Typ I Allergie ist eine Überempfindlichkeitsreaktion die ungefähr 25% der Bevölkerung betrifft. Die sofortigen Symptome (z.B. allergische Rhinitis, Konjunktivitis, Asthma oder Anaphylaxie) sind das Resultat der Freisetzung von Entzündungsmediatoren welche durch die Kreuzvernetzung von rezeptorgebundenem IgE auf Effektorzellen (z.B. Mastzellen, basophile Granulozyten) durch das spezifische Allergen induziert wird.
Typ I Allergie wird oft mit Medikamenten behandelt welche die allergischen Symptome lindern können, allerdings nicht auf die zugrundeliegenden Mechanismen abzielen. Die bis jetzt einzige krankheitsmodulierende aber zeitaufwändige Behandlung ist die allergenspezifische Immuntherapie (SIT). Im Verlauf der SIT werden blockierende IgG Antikörper produziert, und deren Induktion wurde als ein Hauptmechanismus für die für die Reduktion der allergischen Entzündung beschrieben. Diese IgG Antikörper verhindern die Mastzell- und Basophilendegranulation, IgE-vermittelte Allergenpräsentation an T Zellen und IgE Produktion durch Kompetition mit IgE um die Allergenbindung.
Ziel der Arbeit war die Analyse allergenspezifischer Antikörper.
Dazu wurden zunächst die krankheitsauslösenden IgE Antikörper sowie die durch SIT induzierten IgG Antikörper charakterisiert.
Manuskript 1 zeigt die Analyse von Antikörperantworten spezifisch für rekombinante Gräserpollenallergene des Lieschgrases in den Seren von zwei Gruppen von Lieschgraspollenallergikern. Die Patienten der ersten Gruppe erhielten eine Behandlung subkutane Injektionstherapie (SCIT) mit an Aluminiumhydroxid adsorbierten Lieschgraspollenextrakten, die Patienten der zweiten Gruppe nur entzündungshemmende Medikamente. Wir zeigen dass nur SCIT aber nicht die Behandlung mit entzündungshemmenden Medikamenten allergenspezifische blockierende IgG Antikörper induziert die in der Lage sind einen Anstieg in der IgE Produktion zu reduzieren. Weiters berichten wir dass positive Langzeiteffekte mit nur einem Durchgang der SCIT nicht erzielt werden können, wir können damit eine Periode von mehr als zwei Behandlungszyklen als wichtig für den Langzeiteffekt der SIT definieren.
Manuskript 2 analysiert allergenspezifische IgE Antikörper welche aus einem Lieschgraspollenallergiker isoliert worden sind und nun in ein „single chain“ Format (ScFv) konvertiert wurden was das Austauschen von schweren und leichten Ketten erleichterte. Im Verlauf der B Zell-Entwicklung wird die Diversität von IgE Antikörpern in einem analogen Prozess zu den weiteren Antikörperisotypen generiert. Dabei ist die zufällige Kombination der schweren und leichten Antikörperketten ein wichtiger diversifizierender Faktor neben V(D)J-Rekombination, junktionaler Diversifikation und dem Hinzufügen von somatischen Mutationen. Wir untersuchten die Bedeutung der schweren und leichten Kette für die Spezifität und Affinität der Antikörper. Es zeigte sich, dass die Spezifität in allergenspezifischen IgE Antikörpern hauptsächlich von der schweren Kette bestimmt wird und dass verschiedene Kombinationen von schweren und leichten Ketten in verschiedenen Affinitäten resultieren können. Dieser letztere Aspekt könnte klinische Bedeutung haben und erklären warum verschiedene Patienten die gegen das gleiche Allergen sensibilisiert sind mit verschiedener Intensität reagieren.
In Manuskript 3 beschreiben wir letztendlich ein Antikörper „single chain“ Fragment (ScFv) spezifisch für ein Hauptallergen aus Lieschgras, Phl p 2. Dieses Phl p 2-spezifische ScFv behindert die IgE Bindung von Patienten an das Allergen und könnte damit für therapeutische Zwecke zum Einsatz kommen.

Type I allergy represents a hypersensitivity reaction that affects around 25% of the population worldwide. The immediate symptoms (e.g. allergic rhinitis, conjunctivitis, asthma or anaphylaxis) are the result of an inflammatory mediator release that is induced by the cross-linking of receptor-bound IgE on effector cells (e.g. mast cells, basophils) via the specific allergen.
Type I allergy is often treated with drugs that mitigate allergic symptoms but do not target the underlying mechanisms. The only disease-modifying but time-consuming treatment till now is allergen-specific immunotherapy (SIT). During the course of SIT allergen-specific blocking IgG antibodies are produced. These IgG antibodies inhibit mast cell and basophil degranulation, IgE-facilitated allergen-presentation to T cells and IgE production due to competition with IgE for allergen binding.
The aim of the thesis was to analyze allergen-specific antibodies.
At first, disease-eliciting IgE antibodies as well as SIT-induced IgG antibodies were characterized.
Manuscript 1 describes the analysis of antibody responses specific for recombinant timothy grass pollen allergens in sera from two groups of timothy grass pollen allergic patients. Patients in the first group received one course of subcutaneous injection immunotherapy (SCIT) with timothy grass pollen extracts adsorbed to aluminium hydroxide and patients in the second group received anti-inflammatory treatment. We demonstrate that only SCIT but not anti-inflammatory treatment induced allergen-specific blocking IgG antibodies that were able to reduce boosts of IgE production. Further we report that long-term beneficial effects cannot be obtained with only one course of SCIT and thus define that at least two courses of SCIT are required to obtain long-term beneficial effects.
Manuscript 2 analyzes allergen-specific IgE antibodies that have been isolated from a timothy grass pollen allergic patient and were then converted into single chain format (ScFv) to be able to generate new heavy and light chain combinations. In the course of B cell development diversity in IgE antibodies is created in an analogous way to the other antibody isotypes. The random combination of antibody heavy and light chains is one important diversity creating factor next to V(D)J-recombination, junctional diversity and the addition of somatic mutations. We investigated the contribution of heavy and light chains for specificity and affinity by shuffling heavy chains with light chains. We report that the specificity in allergen specific IgE is determined mainly by the heavy chain and it was found that different heavy chain-light chain combinations result in different affinities. This latter finding may have clinical implication as it may explain why different patients sensitized to the same allergens show different sensitivity.
Finally, in Manuscript 3 we characterize an antibody single chain fragment that would be suitable for clinical application. This fragment is directed against one of the major timothy grass pollen allergens, Phl p 2, and inhibits patients’ IgE binding to the allergen.