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Allergènes protéiques : nomenclature et classification

samedi 9 février 2008, par Allerdata

L’identification des allergènes au sein d’un produit allergisant a débuté dans les années 1960.

Parmi les premières protéines isolées montrant une IgE-réactivité on trouve Gad c 1, la parvalbumine de morue, ou Amb a 1 l’allergène principal du pollen d’ambroisie (Ambrosia artemisiifolia).

A l’époque, ces protéines étaient dénommées par leurs auteurs, par exemple ici « allergen M » et « antigen E », respectivement.

Avec le rapide accroissement du nombre des allergènes identifiés, il est apparu que cette façon de dénommer était source de confusion : des protéines isolées par des équipes différentes et portant des noms différents pouvaient correspondre en fait à un même allergène.

C’est ainsi qu’est née l’idée d’attribuer à chaque allergène un nom répondant à une codification simple, à savoir numéroter les allergènes identifiés au sein d’un même organisme en rappelant le nom de l’organisme source par son nom latin . Par exemple, l’allergène Gad c 1 est une protéine d’une masse de 12 kDa trouvée dans la morue de l’Atlantique (Gadus callarias).

Un comité d’experts a été constitué au sein d’une instance internationale, l’IUIS, pour valider les dénominations des allergènes (http://www.allergen.org/Allergen.aspx). A l’heure actuelle c’est plus de 570 allergènes qui ont ainsi un nom officiel, une « dénomination IUIS ».

Malgré tout, il reste un nombre important de protéines IgE-réactives sans dénomination du tout ou avec un nom de type IUIS mais qui n’est pas avalisé par l’IUIS. Cela ne retire rien à la qualité d’allergène pour ces protéines et, dans Allerdata, comme dans la base Allergome (http://www.allergome.org/), ces protéines sont listées au même titre que les allergènes labellisés IUIS. On peut d’ailleurs se questionner sur la transparence des validations par le comité IUIS car pour un nombre non négligeable d’allergènes officialisés les résultats obtenus par les découvreurs de ces allergènes n’ont pas été rendus publics (ces derniers sont « unpublished »).

Le système IUIS est assurément très pratique mais peut être source de confusions. Par exemple, le nombre accompagnant l’allergène est tantôt une indication sur la famille moléculaire de cet allergène, et tantôt non : ainsi on trouve des profilines avec des numérotations aussi variées que Bet v 2, Phl p 12, Pru p 4, Ana c 1, Amb a 8, Ara h 5 ou Gly m 3 !

Le système IUIS est par ailleurs en partie instable et certains allergènes ont vu leur nom changer (Jun o 4 est devenu Jun o 2, Poa p 9 est devenu Poa p 5, etc..), si bien qu’il peut s’avérer parfois difficile de rapprocher 2 études publiées à distance l’une de l’autre. Art v 1, l’allergène principal du pollen d’armoise (Artemisia vulgaris), a d’abord été adoubé par l’IUIS puis s’est vu déclassé et remplacé par une autre protéine du même pollen ! .

Parallèlement à une codification des noms des allergènes, l’IUIS a cherché à normaliser les noms des isoformes d’allergènes. Le monde des protéines IgE-réactives ne se réduit pas, en fait, à des molécules formatées comme le sont des molécules médicamenteuses : par exemple, l’allergène du pollen de bouleau, Bet v 1, se présente à l’état naturel sous plus de 30 isoformes (cf. Allergènes : structure et homologies). Quand cela est important pour l’IgE-réactivité, pour le repérage des épitopes ou pour comprendre les réactivités croisées, les noms d’allergènes sont présentés de façon plus précise afin de distinguer telle ou telle isoforme.

La convention adoptée par l’IUIS consiste à décliner une numérotation après le chiffre de l’allergène. Pour Bet v 1 on a Bet v 1.01, Bet v 1.02, etc..., et au sein de Bet v 1.01 on a Bet v 1.0101, Bet v 1.0102, etc…

En pratique, ce niveau de finesse est peu employé dans les études cliniques car il génère une complexité n’apportant pas un bénéfice significatif pour la prise en charge des patients ou pour comprendre les réactivités immunologiques.

Dans quelques cas ces dénominations montrent une certaine utilité cependant : ainsi on peut distinguer Cor a 1.01, la protéine PR-10 du pollen de noisetier (Corylus avellana), de Cor a 1.04, la protéine homologue de Cor a 1.01 présente dans la noisette ; de même, la réactivité à Dau c 1.0201, une PR-10 de la carotte, est mieux corrélée avec un TPO positif pour la carotte que n’est la réactivité à une autre isoforme, Dau c 1.0104 .

Une autre convention consiste à préfixer les noms des allergènes selon qu’ils proviennent du produit naturel après purification ou qu’ils sont issus d’une transgénèse : dans le premier cas il est noté un « n » devant le nom (nBet v 1, par exemple), et dans le second cas un « r » est ajouté pour signaler que l’allergène est un recombinant (rBet v 1).

L’inventaire des allergènes actuellement connus est établi par d’autres organisations ou groupes de recherche que le comité IUIS.

  • Les bases de données listant ces allergènes ont souvent comme objectif de permettre des comparaisons de séquence entre un allergène connu (et, éventuellement ses isoformes) et une protéine dont l’allergénicité est pour l’instant inconnue .
  • C’est le cas pour les protéines issues d’une transgénèse (OGM) (cf. Prédictabilité des allergènes).
  • Ces bases sont souvent incomplètes ou un peu en retard sur les derniers travaux, même si elles intègrent nettement plus d’allergènes que la base de l’IUIS.
  • La base qui, en dehors d’Allerdata, est régulièrement à jour est Allergome.

Si l’on trouve plus de 1200 allergènes différents, sans compter les isoformes, dans Allerdata ou Allergome, combien de ces protéines sont des allergènes à part entière ?

La question peut surprendre mais, si l’on suit la définition donnée à un allergène par l’Académie Européenne d’Allergologie (EAACI) , un allergène est une molécule capable de susciter des signes cliniques d’allergie. [1]

  • La base Allergome recense les niveaux d’IgE-réactivité des différents allergènes cela va d’une positivité in vitro (test sérique non quantitatif comme un immunoblot) à une réaction observée en conditions réalistes (un test de provocation).
  • Il est clair que, même en incluant les recombinants actuellement disponibles, un petite fraction des « allergènes » a acquis la preuve d’une relevance clinique, c’est-à-dire d’une réactivité in vivo : environ 2% sur la base d’un test de provocation, et environ 16% si l’on inclut une positivité en tests cutanés.

Pour l’ensemble des autres « allergènes », la qualification de protéines IgE-réactives serait plus exacte dans l’attente de tests probants in vivo.

Cette restriction est à garder à l’esprit mais n’enlève en rien l’intérêt d’aborder l’allergologie sur un plan moléculaire.

  • Ainsi, de même que les tests in vitro ne sont qu’un complément à une démarche qui se doit d’être en premier lieu clinique, de même la démonstration de l’IgE-réactivité d’une protéine suffit en pratique courante pour apporter un renseignement utile.
  • Il n’est pas besoin d’élucider la relevance clinique de chacune des isoformes de Mal d 1 (PR-10 de la pomme) pour se servir de « Mal d 1 » collectivement dans la compréhension d’une allergie à la pomme initiée par une pollinose au bouleau.

La même restriction, et le même pragmatisme, concerne les protéines recombinantes :

  • quand le recombinant rBet v 1 est utilisé dans un test d’IgE-réactivité sérique pour préciser la réalité d’une sensibilisation au pollen de bouleau, il est clair que cette protéine rBet v 1 provient de la transgénèse d’une seule sorte parmi les nombreuses isoformes de nBet v 1.
  • On conçoit que, même si d’évidence l’isoforme choisie a montré une large IgE-réactivité parmi les polliniques au bouleau, une partie de la réactivité à nBet v 1 ne peut être retrouvée avec un test ne comportant qu’une variété des isoformes de nBet v 1.

Malgré tout, le gain obtenu avec un recombinant est supérieur à la petite perte de sensibilité du test :

  • reproductibilité de fabrication,
  • absence d’interférence des IgE anti-CCD,
  • ciblage de la réactivité sur un allergène plus caractéristique d’une sensibilisation au produit suspecté d’être allergisant pour le patient.

Classification des allergènes protéiques

Le nombre des allergènes identifiés a suivi la croissance de nos connaissances sur les protéines comme le montre la figure ci-dessous.


Face à l’afflux des protéines nouvellement connues, il est apparu nécessaire d’aller au-delà de la classification basée sur leurs propriétés biochimiques et de trouver un mode de partage des données acquises le plus rapide possible.

L’informatique moderne a permis de relever ce défi à travers la création de bases de données accessibles par internet et la mise au point de méthodes mathématiques visant à rechercher les homologies et les parentés entre protéines : c’est la bio-informatique .

Avec cette approche, il n’est pas obligatoire que des protéines aient la même activité biochimique, enzymatique par exemple, pour qu’elles soient rangées ensemble dans un même groupe, dans une même « famille » de protéines.

Ce qui compte avant tout, c’est que la séquence en acides aminés des protéines en question montre un degré suffisant de ressemblance, on dit d’« homologie ».

Cette ressemblance est calculée en alignant les protéines les unes à côté des autres de sorte que le maximum d’acides aminés soient identiques au même endroit pour le plus grand nombre d’entre elles. On définit ainsi un « motif » composé de plusieurs acides aminés, souvent à distance les uns des autres sur la chaîne peptidique, et qui est reproduit dans toutes les protéines de la même « famille ».

Cette opération de comparaison de séquences est valorisée par un chiffre, un pourcentage d’identité (% identité). On prend une protéine comme modèle et on calcule les % d’identité des autres protéines de la famille.

La diversité des séquences peptidiques est immense parmi l’ensemble des êtres vivants. Le nombre des familles protéiques croît aussi vite au fil des ans que le nombre des séquences protéiques connues. Fin 2007 la base Pfam recensait plus de 9300 motifs (http://pfam.jouy.inra.fr/).

Bien sûr, la diversité des protéines dans une même famille est le résultat d’une modification progressive des génomes au cours de l’évolution. Plus 2 organismes vivants sont éloignés dans l’arbre de l’évolution et plus il est probable que les protéines d’une même famille dans ces 2 organismes seront différentes entre elles.

Ce glissement est plus ou moins important : certaines protéines ont un rôle vital dans les cellules et auront subi moins de modifications d’une espèce à l’autre au cours de l’évolution. Mais, d’une façon générale, il est très rare que 2 organismes, même proches phylogénétiquement, aient des protéines strictement identiques.

Ce point est à souligner car il n’est pas nécessaire que le même allergène X soit présent dans les produits A et B pour qu’une réactivité croisée soit possible entre A et B. C’est avant tout le degré d’homologie entre un allergène XA dans le produit A et un allergène XB dans le produit B qui va déterminer si les allergènes XA et XB sont doués de réactivité croisée (cf. Allergènes : structure et homologies).

La première conséquence de ce constat est que la classification des protéines va servir à la classification des allergènes : la réactivité croisée va se jouer principalement, mais non exclusivement (cf. Les CCD), entre protéines d’une même famille.

Dans Allerdata il est fait mention de « familles moléculaires » pour désigner les familles de protéines. Parler de « famille d’allergènes » serait possible, mais l’on sait que la plupart des familles de protéines où l’on trouve des allergènes comportent aussi des protéines non allergisantes (ou, en tout cas, non encore montrées IgE-réactives). Par exemple, les tropomyosines sont une famille de protéines musculaires. Toutes les tropomyosines ne sont pas allergisantes, notamment celles des vertébrés : un patient allergique à la tropomyosine de crevette peut manger de la viande de poulet ou de bœuf.

La réactivité vis à vis de certaines protéines d’une famille n’implique pas la réactivité à toutes les protéines de cette famille.

Allerdata recense près de 1300 molécules IgE-réactives.

Pour environ 15% d’entre elles, on n’a pas pu déterminer jusqu’à présent une appartenance à telle ou telle famille moléculaire. Les autres se répartissent dans près de 180 familles.


Le tableau suivant donne un aperçu des familles moléculaires regroupant le plus grand nombre d’allergènes.

Famille moléculaire Nombre d’allergènes dans la famille
(au 12/12/07)
Profilines 94
Tropomyosines 77
LTP (Lipid Transfer Proteins) 45
Bet v 1-like, protéines PR-10 40
Polcalcines 35
Parvalbumines béta 29
2S Albumines 28
beta expansines 27
Polygalacturonases 22
Ag5, Antigènes 5 22
Albumines 19
Caséines 19
Lipocalines 18
Groupe 5 des graminées 18
11S Globulines 17
7S Vicilin-like Globulines 16
Groupe 4 des graminées 16
cystéine protéases papain-like 16
Phospholipases A1 15
serine protease inhibitors 14
Hyaluronidases 14
Chitinases de classe 1 13
Thaumatin-like protéines 13

La proportion de familles contenant un ou plusieurs allergènes est faible comparativement à l’ensemble des familles de protéines, environ 2%.

Certains auteurs estiment qu’il existe un nombre fini de familles contenant des allergènes et que l’on pourra tôt ou tard en dresser la liste complète .

Mais une vision plus modeste s’impose : des protéines réputées non allergisantes et même prises comme modèle de non-allergènes peuvent s’avérer IgE-réactives un jour. C’est le cas pour la rubisCO, une protéine végétale trouvée dans toutes les plantes à chlorophylle .

La classification des protéines comporte enfin deux autres niveaux qu’il est intéressant de noter :

  • certaines familles, bien qu’ayant des motifs différents, partagent quand même une certaine ressemblance.
    • Ces familles peuvent avoir dérivé, au cours de l’évolution, d’un ancêtre commun. On parle de « superfamilles ».
    • Un exemple souvent cité est celui de la superfamille des prolamines : celle-ci comprend
      • les gliadines,
      • les 2S albumines,
      • les LTP,
      • les inhibiteurs d’amylase/trypsine,
      • les zéines,
      • les puro-indolines, etc…
    • Si cette notion de superfamille a un intérêt pour les phylogénéticiens, elle peut être aussi source de confusion si l’on s’en sert pour classer les allergènes car il n’y a pas de réactivité croisée entre familles d’une même superfamille.
  • à l’inverse des regroupements de familles, on trouve aussi des homologies basées sur un niveau plus fin, celui des « domaines ».
    • Un domaine est une portion de protéine qui se retrouve dans plusieurs familles de protéines.
    • L’origine de ces domaines similaires est attribuée à une utilisation empirique (parcimonieuse ?) de blocs assemblés sous diverses combinaisons afin de construire des protéines ayant des actions biochimiques différentes. -** S’agissant de l’allergologie, la présence de domaines homologues parmi plusieurs protéines peut générer une réactivité croisée alors même que ces protéines ne sont pas rangées dans une même famille moléculaire.
      • L’exemple le plus démonstratif de cette réactivité entre domaines homologues nous est donné avec le « syndrome latex-fruits exotiques ».
      • Ici, un allergène du latex d’hévéa, l’hévéine (Hev b 6.02) est identique à la portion N-terminale d’un autre allergène du latex, la pro-hévéine (Hev b 6.01).
      • Ni l’hévéine, ni la prohévéine n’ont une activité enzymatique de chitinase : elles sont classées comme une lectine et une protéine barwin-like respectivement.
      • Pourtant ces allergènes croisent avec les chitinases de classe 1 présentes dans de nombreux fruits (banane, avocat, etc…). Le croisement a, en fait, lieu entre une portion de ces chitinases, leur domaine N-terminal qui est un domaine homologue à l’hévéine . On dit que ces chitinases ont un « domaine hévéine » (cf. Latex et aliments).

Au total, la classification des protéines est un moyen pratique pour nommer les allergènes qui ont des chances de croiser ensemble. Mais appartenir à une famille de protéines n’est ni une garantie d’IgE-réactivité, ni une garantie de réactivité croisée.


Le tableau ci-après résume les rapports entre classification et réactivité croisée :

ENTRE REACTIVITE CROISEE
familles d’une superfamille non
allergènes d’une famille possible, dépend entre autres du % d’identité cf. Allergènes : structure et homologies
isoformes d’un allergène très fréquente
chaînes glucidiques de glycoprotéines, quelles que soient leurs familles possible, dépend de la présence de certains sucres cf. Les CCD

[1« Antigens stimulating hypersensitivity mediated by an immunologic mechanism (defined as « allergy ») are referred to as allergens. Hypersensitivity causes objectively reproducible symptoms or signs, initiated by exposure to a defined stimulus at a dose tolerated by normal subjects »

[1] - Marsh DG, Goodfriend L, King TP, Lowenstein H, Platts-Mills TAE. Allergen nomenclature. Bull World Health Organ 1986;64:767-774
This article presents a nomenclature system for allergens which has been officially recommended by the International Union of Immunological Societies (IUIS). The nomenclature is based on proposals of the IUIS Sub-Committee for Allergen Nomenclature and is applicable to highly purified, well-characterized allergens and to non-purified or partially purified allergenic extracts.
[2] - Chapman MD, Pomés A, Breiteneder H, Ferreira F. Nomenclature and structural biology of allergens. J Allergy Clin Immunol 2007;119:414-420
Purified allergens are named using the systematic nomenclature of the Allergen Nomenclature Sub-Committee of the World Health Organization and International Union of Immunological Societies. The system uses abbreviated Linnean genus and species names and an Arabic number to indicate the chronology of allergen purification. Most major allergens from mites, animal dander, pollens, insects, and foods have been cloned, and more than 40 three-dimensional allergen structures are in the Protein Database. Allergens are derived from proteins with a variety of biologic functions, including proteases, ligand-binding proteins, structural proteins, pathogenesis-related proteins, lipid transfer proteins, profilins, and calcium-binding proteins. Biologic function, such as the proteolytic enzyme allergens of dust mites, might directly influence the development of IgE responses and might initiate inflammatory responses in the lung that are associated with asthma. Intrinsic structural or biologic properties might also influence the extent to which allergens persist in indoor and outdoor environments or retain their allergenicity in the digestive tract. Analyses of the protein family database suggest that the universe of allergens comprises more than 120 distinct protein families. Structural biology and proteomics define recombinant allergen targets for diagnostic and therapeutic purposes and identify motifs, patterns, and structures of immunologic significance.
[3] - 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 defensin-like and a hydroxyproline-rich domain. FASEB J 2003;17:106-108
In late summer, pollen grains originating from Compositae weeds (e.g., mugwort, ragweed) are a major source of allergens worldwide. Here, we report the isolation of a cDNA clone coding for Art v 1, the major allergen of mugwort pollen. Sequence analysis showed that Art v 1 is a secreted allergen with an N-terminal cysteine-rich domain homologous to plant defensins and a C-terminal proline-rich region containing several (Ser/Ala)(Pro)2-4 repeats. Structural analysis showed that some of the proline residues in the C-terminal domain of Art v 1 are posttranslationally modified by hydroxylation and O-glycosylation. The O-glycans are composed of 3 galactoses and 9-16 arabinoses linked to a hydroxyproline and represent a new type of plant O-glycan. A 3-D structural model of Art v 1 was generated showing a characteristic "head and tail" structure. Evaluation of the antibody binding properties of natural and recombinant Art v 1 produced in Escherichia coli revealed the involvement of the defensin fold and posttranslational modifications in the formation of epitopes recognized by IgE antibodies from allergic patients. However, posttranslational modifications did not influence T-cell recognition. Thus, recombinant nonglycosylated Art v 1 is a good starting template for engineering hypoallergenic vaccines for weed-pollen therapy.
[4] - Ballmer-Weber BK, Wangorsch A, Bohle B, Kaul S, Kündig T, Fötisch K, et al. Component-resolved in vitro diagnosis in carrot allergy: Does the use of recombinant carrot allergens improve the reliability of the diagnostic procedure ? Clin Exp Allergy 2005;35:970-978
BACKGROUND: In Europe, pollen-related food allergy is the most frequent form of food allergy in adults. Reliability of current diagnostic procedures, however, is poor and therapeutic options are not available . OBJECTIVES: In the present study, we created a panel of recombinant allergens from carrot and evaluated its potential in component-resolved in vitro diagnosis of carrot allergy . METHODS: Recombinant (r) Dau c 1.0104, Dau c 1.0201 and Dau c 4 were cloned by a polymerase chain reaction strategy, expressed in Escherichia coli and purified. Carrot lipid transfer protein (LTP) was expressed in the yeast Pichia pastoris. Sera from 40 carrot-allergic patients were investigated. Twenty-one birch pollen-allergic subjects with negative open provocation to carrot and 20 non-allergic subjects were included as controls. IgE binding to recombinant allergens as well as to cross-reactive carbohydrate determinants (CCD) was measured by ELISA. Cross-reactivity between Dau c 1 isoforms and Bet v 1 was assayed by ELISA inhibition. Biological activity of the recombinant carrot allergens was assessed by histamine release assay and peripheral blood mononuclear cells stimulation . RESULTS: Ninety-eight percent of the carrot-allergic patients were positive to at least one recombinant allergen; 98% reacted to rDau c 1.0104, 65% to rDau c 1.0201, 38% to rDau c 4 and 20% had IgE against CCD. Specificity using the recombinant allergens was high when compared with non-allergic controls, but low compared with birch-sensitized subjects without carrot allergy. Sensitization to Dau c 1.0201, however, proved to be highly specific for clinically relevant sensitization. Inhibition assays indicated the absence of LTP in carrot root extract, and epitope diversity between Dau c 1.0104, Dau c 1.0201 and Bet v 1 . CONCLUSIONS: Our panel of recombinant allergens from carrot can provide a standardized tool for in vitro diagnosis of carrot allergy, and for epitope studies.
[5] - Mari A, Scala E, Palazzo P, Ridolfi S, Zennaro D, Carabella G. Bioinformatics applied to allergy: Allergen databases, from collecting sequence information to data integration. The Allergome platform as a model. Cell Immunol 2006;244:97-100
Allergens are proteins or glycoproteins that are recognized by IgE produced by the immune system of allergic individuals. Until now around 1,500 allergenic structures have been identified and this number seems not have reached a plateau after 3-4 decades of research and the advent of molecular biology. Several allergen databases are available on Internet. Different aims and philosophies lead to different products. Here we report about main feature of web sites dedicated to allergens and we describe in more details our current work on the Allergome platform. The web server Allergome (www.allergome.org) represent a free independent open resource whose goal is to provide an exhaustive repository of data related to all the IgE-binding compounds. The main purpose of Allergome is to collect a list of allergenic sources and molecules by using the widest selection criteria and sources. A further development of the Allergome platform has been represented by the Real Time Monitoring of IgE sensitization module (ReTiME) that allows uploading of raw data from both in vivo and in vitro testing, thus representing the first attempt to have IT applied to allergy data mining. More recently, a new module (RefArray) representing a tool for literature mining has been released.
[7] - Akalin PK. Introduction to bioinformatics. Mol Nutr Food Res 2006;50:610-619
This article introduces the field of bioinformatics and describes bioinformatic approaches and their application to the study of protein allergens. The predominant bioinformatics tools and resources are listed and discussed.
[8] - Bateman A, Coin L, Durbin R, Finn RD, Hollich V, Griffiths-Jones S, et al. The Pfam protein families database. Nucleic Acids Res 2004;32:D138-D140
Pfam is a large collection of protein families and domains. Over the past 2 years the number of families in Pfam has doubled and now stands at 6190 (version 10.0). Methodology improvements for searching the Pfam collection locally as well as via the web are described. Other recent innovations include modelling of discontinuous domains allowing Pfam domain definitions to be closer to those found in structure databases. Pfam is available on the web in the UK (http://www.sanger.ac.uk/Software/Pfam/), the USA (http://pfam.wustl.edu/), France (http://pfam.jouy.inra.fr/) and Sweden (http://Pfam.cgb.ki.se/).
[9] - Stadler MB, Stadler BM. Allergenicity prediction by protein sequence. FASEB J 2003;17:1141-1143
Potential allergenicity of transgenic proteins for consumption must be investigated before their introduction into the food chain. A prerequisite is sequence analysis. We have critically reviewed the performance of the current guidelines proposed by the Food and Agriculture Organization (FAO) and the World Health Organization (WHO) for allergenicity prediction based on protein sequence and show that its precision is very low. To improve prediction, we propose a new strategy based on sequence motifs identified from a new allergen database. If tested on random test sequences and known allergens, both methods are apparently very sensitive. However, the precision of our motif-based prediction (95.5%) is superior to the current method (36.6%). We conclude that the proposed motif-based prediction is a superior alternative to the current method for use in the decision-tree approach for allergenicity assessment.
[10] - Radauer C, Breiteneder H. Pollen allergens are restricted to few protein families and show distinct patterns of species distribution. J Allergy Clin Immunol 2006;117:141-147
BACKGROUND: Inhalative allergies are elicited predominantly by pollen of various plant species. However, a classification of the large number of identified pollen allergens is still missing . OBJECTIVE: To analyze pollen allergen sequences with respect to protein family membership, taxonomic distribution of protein families, and interspecies variability . METHODS: Protein family memberships of all plant allergen sequences from the Allergome database were determined by using the Protein Families Database of Alignments and Hidden Markov Models. The taxonomic distribution of pollen allergens was established from the Integrated Taxonomic Information System. Members of abundant pollen allergen families were compared with allergenic and nonallergenic homologues by database similarity searches and multiple sequence alignments . RESULTS: Pollen allergens were classified into 29 of 7868 protein families. Expansins, profilins, and calcium-binding proteins constitute the major pollen allergen families, whereas most plant food allergens belong to the prolamin, cupin, or profilin families. Pollen allergens were revealed to be ubiquitous (eg, profilins), present in certain plant families (eg, pectate lyases), or limited to a single taxon (eg, thaumatin-like proteins). Allergenic plant profilins constitute a highly conserved family with sequence identities of 70% to 85% among each other but low identities of 30% to 40% with nonallergenic profilins from other eukaryotes, including human beings. Similarly, allergenic polcalcins possess sequence identities of 64% to 92% but show low identities of 39% to 42% to related nonallergenic calmodulins and calmodulin-like proteins from vegetative plant tissues and man . CONCLUSION: This classification of pollen allergens into protein families will aid in predicting cross-reactivity, designing comprehensive diagnostic devices, and assessing the allergenic potential of novel proteins.
[11] - Astwood JD, Leach JN, Fuchs RL. Stability of food allergens to digestion in vitro. Nat Biotechnol 1996;14:1269-1273
One of the concerns regarding the development of genetically modified foods is the introduction of allergenic molecules, predominantly proteins. Prospective testing for allergenic proteins from sources with no prior history of causing allergy is hampered by the absence of suitable techniques and models. Stability to digestion was tested as a candidate physicochemical property for use in distinguishing allergenic proteins from non-allergenic proteins. A simple model of gastric digestion was tested using some major food allergens (peanut Ara h2 and lectin, soybean [beta]-conglycinin subunits, SKTI and Gly m BD 30K, mustard Bra J IE, milk casein and [beta]-lactoglobulin, bovine serum albumin, and several egg proteins). Soybean [beta]-conglycinin was stable for 60 min; in comparison, a non-allergenic protein (spinach RUBISCO) was digested within 15 s. Data support the hypothesis that food allergens must be sufficiently stable to reach the intestinal mucosa where absorption and sensitization can occur. It is concluded that stability to digestion is an important parameter which distinguishes food allergens from non-allergens
[13] - Radauer C, Breiteneder H. Evolutionary biology of plant food allergens. J Allergy Clin Immunol 2007;120:518-525
The majority of plant food allergens can be grouped into just 4 protein families. This review summarizes the evolutionary relationships of allergenic and nonallergenic members of these families. Proteins from the prolamin superfamily have been described in vascular plants. This superfamily contains several allergenic (2S albumins, nonspecific lipid transfer proteins, and cereal amylase and protease inhibitors) and nonallergenic (hybrid proline-rich proteins, cereal indolines, and alpha-globulins) member families. The cupin superfamily comprises numerous functionally highly diverse protein families from all groups of organisms. However, allergenicity within the cupins is confined to the vicilin and legumin seed storage proteins. Profilins are ubiquitous eukaryotic proteins that are nonallergenic, with the exception of profilins from flowering plants. Finally, the Bet v 1 superfamily contains the pathogenesis-related proteins 10 family, the family of major latex proteins and ripening-related proteins, the norcoclaurine synthases, and the cytokinin-binding proteins, with pathogenesis-related proteins 10 family members from certain taxa being the only allergenic members. The study of the distribution of allergenic and nonallergenic members of protein families will provide new insights into the evolution of allergenicity and the factors that make proteins allergenic.
[14] - Karisola P, Kotovuori A, Poikonen S, Niskanen E, Kalkkinen N, Turjanmaa K, et al. Isolated hevein-like domains, but not 31-kd endochitinases, are responsible for IgE-mediated in vitro and in vivo reactions in latex-fruit syndrome. J Allergy Clin Immunol 2005;115:598-605
BACKGROUND: Individuals with natural rubber latex allergy often have immediate reactions to plant-derived foods and fresh fruits, such as avocado and banana. IgE of these patients has been shown to bind endochitinases containing an N-terminal hevein-like domain (HLD). However, evidence on 31-kd endochitinase-induced reactions in vivo is lacking . OBJECTIVE: We sought to assess the clinical significance of 31-kd endochitinases and isolated HLDs in latex-fruit syndrome . METHODS: The 31-kd endochitinases and corresponding HLDs were purified or produced from avocado, banana, latex, and wheat germ. Skin prick test reactivities against purified proteins were examined in 15 patients with natural rubber latex allergy. The binding efficiency of IgE to purified proteins was studied by using an inhibition ELISA. Experimentally resolved or modeled structures of the proteins were compared to clarify the molecular basis of clinical reactions . RESULTS: Eleven (73%) patients had skin prick test reactions to isolated HLDs of avocado and banana, but only 1 (7%) patient reacted to their corresponding 31-kd endochitinases. HLDs from avocado and banana inhibited binding of IgE to prohevein (Hev b 6.01) in 59% and 38% of patients, respectively, whereas corresponding percentages for 31-kd endochitinases were 17% and 20%, respectively. Isolated HLDs of wheat germ agglutinin and 18-kd wheat germ agglutinin did not significantly inhibit IgE binding to hevein . CONCLUSION: The isolated HLD molecules alone, but not when linked to endochitinases, seem to be responsible for IgE-mediated clinical reactions in latex-fruit syndrome. Careful selection of relevant allergens in their proper molecular form is therefore crucial in forming a reliable diagnosis of latex-fruit syndrome.
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