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Allergy against birch pollen is among the most common causes of spring pollinosis in Europe and is diagnosed and treated using extracts from natural sources. Quality control is crucial for safe and effective diagnosis and treatment. However, current methods are very difficult to standardize and do not address individual allergen or isoallergen composition. MS provides information regarding selected proteins or the entire proteome and could overcome the aforementioned limitations. We studied the proteome of birch pollen, focusing on allergens and isoallergens, to clarify which of the 93 published sequence variants of the major allergen, Bet v 1, are expressed as proteins within one source material in parallel. The unexpectedly complex Bet v 1 isoallergen composition required manual data interpretation and a specific design of databases, as current database search engines fail to unambiguously assign spectra to highly homologous, partially identical proteins. We identified 47 non-allergenic proteins and all 5 known birch pollen allergens, and unambiguously proved the existence of 18 Bet v 1 isoallergens and variants by manual data analysis. This highly complex isoallergen composition raises questions whether isoallergens can be ignored or must be included for the quality control of allergen products, and which data analysis strategies are to be applied.

Correction to: Scientifc Reports https://doi.org/10.1038/s41598-019-43857-5, published online 17 May 2019. In the original version of this Article, Jan-Hendrik Trösemeier was incorrectly affiliated with ‘Division of Allergology, Paul Ehrlich Institut, Langen, Germany’. Te correct afliations are listed below...

Weiden (Salix spp., Salicaceae) gehören zu den typischen Gehölzarten der Flussauen in Mitteleuropa. Viele Arten dieser Gattung haben ähnliche Eigenschaften (life history traits) und Strategien bei der Besiedelung frisch entstandener Rohböden. In Auenhabitaten kommen deshalb häufig mehrere Weidenarten gemeinsam vor und treten deshalb miteinander in Konkurrenz. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob interspezifische phänologische Unterschiede in der Zeit der Samenausbreitung in Verbindung mit wechselnden Pegelständen des Flusses dazu führen, dass sich koexistierende Weidenarten räumlich differenziert ansiedeln und so die interspezifische Konkurrenz zwischen den Weiden reduziert wird. Auf frisch sedimentierten Auenböden an der Rodach und am Oberlauf des Mains (Oberfranken, Nordostbayern) wurde der Einfluss der Zeit des Samenfluges und der Schwankung der Pegelstände auf die räumliche Verteilung der Keimlinge von Salix fragilis s.l., S. purpurea, S. triandra und S. viminalis auf zwei Aufnahmeflächen untersucht. Ergänzt wurden diese Freilandstudien durch Untersuchungen zur Keimfähigkeit von Samen dieser Arten unter verschiedenen Bedingungen im Labor. Die Keimfähigkeit der Samen betrug unmittelbar nach ihrer Reife mindestens 80-100%. Bei trockener Lagerung (20 °C) erlosch die Keimfähigkeit von S. fragilis und S. triandra nach 4 Wochen, bei S. purpurea und S. viminalis nach spätestens 6 Wochen. Die Samen aller Arten können auch im Wasser keimen. Anhand des Zeitraumes der Samenausbreitung lassen sich die im Freiland untersuchten Weiden in eine früh (S. purpurea und S. viminalis) und in eine spät fruktifizierende Gruppe (S. fragilis s.l. und S. triandra) unterscheiden. Die Keimlinge aller Arten traten jeweils nur in einem schmalen Saum entlang des Ufers auf. Die Pegel von Main und Rodach an den Untersuchungsflächen waren während des Samenfluges der früh fruktifizierenden Gruppe höher als während des Samenfluges der spät fruktifizierenden Gruppe. Keimlinge beider Gruppen etablierten sich deshalb in unterschiedlichen Reliefbereichen und in unterschiedlicher Entfernung zum Ufer: bezogen auf einen sommerlichen Tiefstand des Wassers waren die Keimlinge der früh fruktifizierenden Arten (S. purpurea und S. viminalis) höher auf der Kiesbank und weiter vom Ufer entfernt als die der spät fruktifizierenden Arten (S. fragilis s.l. und S. triandra). Phänologische Unterschiede ermöglichen somit in Kombination mit sinkenden Wasserständen eine räumlich differenzierte Verteilung von Keimlingen verschiedener Weidenarten auf engstem Raum. Dies trägt zur Verringerung interspezifischer Konkurrenz und zu einer hohen Diversität von Salix-Arten in alluvialen Habitaten bei.

In dieser Arbeit wurden verschiedene Aspekte der Allergie gegen Süßkirsche untersucht. Zunächst wurde die Leistungsfähigkeit eines professionellen Tests mit re-kombinanten Allergenen aus Süßkirsche untersucht. Hierzu wurden rPru av 1, 3 und 4 einzeln eingesetzt, um die Sensibilisierungsmuster von Kirschallergikern aus Mitteleuropa und Spanien zu untersuchen. Vor allem die Untersuchung LTP-sensibi-lisierter Patienten aus diesen Regionen in einer Zahl, die einen statistischen Ver-gleich ermöglichte, offenbarte neue Aspekte des Phänomens schwerer Reaktionen bei solchen Patienten. Die drei rekombinanten Kirschallergene wurden auch kombiniert in einem einzigen Test eingesetzt, um schwer standardisierbare Proteinextrakte als Hilfsmittel zur in vitro Diagnose zu ersetzen. Um die Leistungsfähigkeit dieses Tests umfassend beurteilen zu können, wurde sie mit der des SPT in Birkenpollenallergikern mit und ohne Kirschallergie verglichen. Die mögliche Bedeutung unbekannter Allergene oder Isoformen wurde durch die Abschätzung des Beitrags der bekannten Kirschallergene zum IgE-Bindungsanteil von Kirschextrakt untersucht. Mit dem ImmunoCAP konnten die bereits veröffentlichten regional unterschiedlichen Sensibilisierungsmuster bestätigt werden. Die dominierende Rolle des Bet v 1-Homologen Pru av 1 in Patienten aus Mitteleuropa und damit die Bedeutung der Birkenpollenassoziation in dieser Region, konnte ebenso bestätigt werden wie die überragende Relevanz von Pru av 3 für Kirschallergiker aus Spanien. Der Vergleich der größten bisher publizierten und für statistische Untersuchungen ausreichend großen Gruppe LTP-sensibilisierter Patienten aus Mitteleuropa mit solchen Patienten aus Spanien, legte im Gegensatz zu früheren Studien keine ausschließlich auf die molekularen Eigenschaften von Pru av 3 beschränkte Assoziation von sys-temischen Reaktionen und einer Sensibilisierung gegen LTPs nahe. Die Assoziation scheint eher zwischen der Herkunft LTP-sensibilisierter Patienten und systemischen Reaktionen zu bestehen. Diese Schlussfolgerung konnte gezogen werden, da bei keinem der LTP-sensibilisierten Patienten aus Mitteleuropa systemische Reaktionen auftraten. Weder eine Co-Sensibilisierung gegen Pollen noch eine Allergie gegen andere Nahrungsmittel wie zum Beispiel Pfirsich korrelierten mit dem Auftreten sys-temischer Reaktionen. Eine Erklärung für dieses Phänomen konnte aus den vor-liegenden Daten daher nicht abgeleitet werden. Die Leistungsfähigkeit des rMix-ImmunoCAP mit rPru av 1, 3 und 4 zum Nachweis einer Sensibilisierung gegen Süßkirsche war exzellent. Weder der kommerziell erhältliche Extrakt-ImmunoCAP noch der ImmunoCAP, der einen optimierten Extrakt an der Festphase trug konnte mit diesem Test konkurrieren. Die klinische Sensitivität des rMix-ImmunoCAP war mit ≥95% hervorragend, und der Test stimmte in 92% der Fälle mit dem SPT überein. Eine Unterscheidung zwischen Birkenpollenallergikern ohne Allergie gegen Süßkirsche und Kirschallergikern war hingegen weder mit dem rMix-ImmunoCAP noch mit dem SPT möglich. Die Spezifität beider Tests war von klinisch insignifikanter IgE-Reaktivität gegen Pru av 1 beeinträchtigt und auch die Konzentration spezifischen IgEs erlaubte keine Unterscheidung zwischen beiden Gruppen auf der Ebene einzelner Patienten. Der rMix-ImmunoCAP ist aber sehr gut geeignet eine Sensibilisierung bei einem Verdacht einer Allergie gegen Süßkirsche nachzuweisen, ohne auf weitere Allergene wie Pru av 2 oder Isoformen von Pru av 1 zurückgreifen zu müssen. Damit wurde zum ersten Mal ein diagnostischer Test ein-gesetzt, der einen Proteinextrakt aus Früchten vollständig ersetzen kann Die quantitative Abschätzung des Beitrages der bereits bekannten Allergene aus Süßkirsche zur IgE-Bindung mittel EAST-Inhibition hat gezeigt, dass bei einem Großteil der untersuchten Seren erhebliche Anteile des IgEs gegen Süßkirsche nicht erfasst werden. Die Ursache für dieses Phänomen konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht abschließend aufgeklärt werden, aber es ist als sehr wahrscheinlich anzu-sehen, dass die neu identifizierte Isoform von Pru av 1 zumindest bei einem Teil der Seren hierfür verantwortlich ist. Darüber hinaus waren im Immunoblot bei Seren bei denen die IgE-Bindung nicht vollständig zu inhibieren war IgE-Reaktivität gegen noch unbekannte Strukturen zu erkennen. Neben der Beteiligung glykosilierter Proteine war auch eine Beteiligung von Pru av 2 nicht vollständig auszuschließen, wenngleich im Verlauf dieser Arbeit keine Hinweise auf eine Relevanz dieses Allergens in dem untersuchten Patientenkollektiv gefunden werden konnten. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die Grundlagen gelegt, um die Allergenität von Süßkirsche in einem in vitro Modell zu reduzieren. Es wurden Isoformen von Pru av 1 mit einer Kombination aus molekularbiologischen und proteinchemischen Methoden untersucht. Es wurden hierzu Techniken gewählt, die eine weitgehend um-fassende und zuverlässige Identifizierung von Isoformen ermöglichten. Ferner wurde der Gehalt an Pru av 1 von verschiedenen Kirschsorten verglichen, das Splice-Intron von Pru av 1 sequenziert, um die Herstellung eines spezifischen und wirksamen RNAi-Konstruktes zu ermöglichen, sowie die Eignung in vitro regenerierter Kirschpflanzen als Zielorganismus durch den Nachweis von Pru av 1 in den Blättern solcher Pflanzen geprüft. Die in dieser Arbeit verwendeten Methoden haben sich als geeignet erwiesen zuverlässig Isoformen von Allergenen zu identifizieren. Es konnte mit Hilfe einer syn-ergistischen Kombination aus einer cDNA-Bibliothek, PCR, und 2-D-PAGE / MS mit Pru av 1.02 eine neue Isoform von Pru av 1 identifiziert werden. Die mit den molekularbiologischen Methoden erzielten Ergebnisse stimmten dabei mit den Re-sultaten der proteinchemischen Untersuchungen sehr gut überein. In beiden Fällen wurden zwei Pru av 1 Isoformen nachgewiesen und lediglich die eine Variante von Pru av 1.02 mit sehr hoher Sequenzidentität konnte nicht als Protein nachgewiesen werden. Die auf Protein- und DNA-Ebene übereinstimmenden Ergebnisse bezüglich der beiden IgE-bindenden Isoformen, lassen darüber hinaus auf eine weitgehend vollständige Erfassung der Pru av1 Isoformen schließen. Pru av 1.02 besteht aus drei Varianten und zeigte ein anderes IgE-Bindungs-verhalten als das bereits bekannte Pru av 1.0101. Diese Isoform ist daher sowohl für eine zukünftige gentechnische Reduzierung der Allergenität von Süßkirsche als auch für diagnostische Zwecke bedeutsam. Für eine erfolgreiche Reduzierung der Aller-genität von Süßkirsche muss die Expression aller IgE-reaktiven Isoformen des in Mitteleuropa dominierenden Allergens Pru av 1 unterdrückt werden. Wenngleich Pru av 1.0201 zum Nachweis einer Sensibilisierung gegen Süßkirsche nicht not-wendig erscheint, könnte sie jedoch sowohl einen Einfluss auf die Höhe der gemes-senen IgE-Werte und die Ausbildung von Symptomen haben, als auch besser ge-eignet sein zwischen Birkenpollenallergikern mit und ohne Allergie gegen Süßkirsche zu unterscheiden. Abschließend wurden dann die Grundlagen für die gentechnische Redu-zierung der Allergenität von Süßkirsche geschaffen. Der Gehalt an Pru av 1 war in allen elf Kirschsorten sehr ähnlich, und erlaubt daher alle untersuchten Kirschsorten als Ausgangsmaterial einzusetzen. Die Sequenzierung des Splice-Introns aus Pru av 1 ermöglicht es jetzt ein intron-spliced hairpin RNAi-Konstrukt herzustellen. Dieses Konstrukt könnte dann eingesetzt werden, um die Reduktion der Allergenität von Süßkirsche experimentell in einem in vitro Modell zu zeigen. Mit dem Nachweis von Pru av 1 in den Blättern in vitro regenerierter Kirschpflanzen konnte gezeigt werden, dass die Voraussetzungen hierzu gegeben sind.

Exported proteases of Helicobacter pylori (H. pylori) are potentially involved in pathogen-associated disorders leading to gastric inflammation and neoplasia. By comprehensive sequence screening of the H. pylori proteome for predicted secreted proteases, we retrieved several candidate genes. We detected caseinolytic activities of several such proteases, which are released independently from the H. pylori type IV secretion system encoded by the cag pathogenicity island (cagPAI). Among these, we found the predicted serine protease HtrA (Hp1019), which was previously identified in the bacterial secretome of H. pylori. Importantly, we further found that the H. pylori genes hp1018 and hp1019 represent a single gene likely coding for an exported protein. Here, we directly verified proteolytic activity of HtrA in vitro and identified the HtrA protease in zymograms by mass spectrometry. Overexpressed and purified HtrA exhibited pronounced proteolytic activity, which is inactivated after mutation of Ser205 to alanine in the predicted active center of HtrA. These data demonstrate that H. pylori secretes HtrA as an active protease, which might represent a novel candidate target for therapeutic intervention strategies.