Sequence variation and IgE-binding epitope of Bla g 5, the German cockroach major allergen

Abstract

[한글]바퀴는 세계 많은 지역에서 사람들과 가깝게 함께 주거하며 살아가는 곤충이다. 바퀴는 사람에게 천식과 같은 알레르기 질환을 유발하는 알레르겐을 생산한다. 바퀴 알레르겐들의 B 세포와 T 세포의 IgE-binding epitope에 대한 연구는 진단과 면역치료에 중요하지만 아직까지 연구가 미흡하다.

Bla g 5 (glutathione S-transferase)는 여러 다른 바퀴 알레르겐 중에서 가장 강력한 알레르겐으로 알려져 있다. Bla g 5의 IgE-binding epitope를 분석하기 위해 재조합 Bla g 5와 5개의 단편을 제작하여 대장균에서 발현시켰다 (A 단편, 1-100 아미노산; B 단편, 91-200; Ba 단편, 1-125; Bb 단편, 1-150; Bc 단편, 1-175). 바퀴에 감작된 환자들을 대상으로 재조합 Bla g 5에 대한 IgE 반응을 ELISA로 분석하였다. 총 32명의 환자 혈청 중 12명 (37.5%) 에서 재조합 Bla g 5에 대하여 양성반응을 보였다. Epitope study를 위하여 12명의 환자혈청 중에서 강한 반응을 보인 6명의 환자혈청을 선택하였다. 재조합 Bla g 5와 B단편에서 6명의 환자 혈청이 IgE반응을 보인 반면에 Ba, Bb, Bc 단편 모두에서 환자들의 IgE 반응이 나타나지 않았다. 이러한 결과를 보아 1-175 아미노산 잔기를 포함하는 재조합 단백질에서는 IgE반응이 일어나지 않았음을 알 수 있었다. Bla g 5의 176-200 아미노산을 포함하는 C-terminal 부분에 epitope를 포함하고 있을 것이라 예상되어 12개의 아미노산으로 이루어진 펩타이드를 epitope 예상부분에 6개 아미노산이 겹치게 합성하여 dot blot를 실시하였으나 IgE반응이 전혀 나타나지 않았다. 이런 결과를 통하여 Bla g 5의 IgE-binding epitope는 C-terminal 에 가까운 176-200 아미노산 잔기를 포함하는 부분에 conformational epiope로서 존재하고 있다는 것으로 예상된다.

이 연구결과는 바퀴 알레르겐 뿐만 아니라 여러 다른 알레르겐에 대한 특정한 알레르기 백신을 위한 좀더 안정되고 믿을 수 있는 면역치료제 및 진단개발에 이용될 수 있다.

[영문]Cockroaches are associated with human habitation and are present in numerous regions throughout the world. Cockroach infestations have been linked to allergic diseases such as asthma in humans. Bla g 5 is the major cockroach allergen that the IgE response value of Bla g 5 is higher than that of any other cockroach allergens. Bla g 5, a 23 kDa glutathione S-transferase (GST), is believed to play a role in the detoxification of endogenous and xenobiotic toxic compounds. Although several cockroach allergens have been identified and cloned, information regarding IgE-binding epitopes on the B and T cells of cockroach allergens is limited.

In order to analyze linear IgE binding epitopes of Bla g 5 and full-length and 5 peptide fragments (A, 1-100 amino acid residue; B, 91-200; Ba, 1-125; Bb, 1-150; and Bc, 1-175) were expressed. Twelve (37.5%) of 32 sera from cockroach-sensitized subjects showed positive IgE reactivity to recombinant Bla g 5 (rBla g 5). Six strong positive sera were selected for the epitope study. Recombinant proteins not containing 176-200 amino acid residues were not react to sera from cockroach sensitive individuals, while rBla g 5 and B fragments were recognized by those sera. These results suggest that the C-terminal region between 176-200 amino acid residues contains most of the IgE-binding epitopes. Despite strong IgE reactivity to rBla g 5, pooled serum from 5 cockroach-sensitized patients did not show IgE reactivity to every synthetic peptide.

These results suggest the possibility that Bla g 5 may have a conformational epitopes in the C-terminal region. GST is the important target for the development of vaccines and diagnostic tools for allergic diseases because of its high cross-reactivity among insect species. This study will help recombinant mutated allergen research on immunotherapy for cockroach allergen and possibly other insect allergens.