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Crystal structure and immunologic characterization of the major grass pollen allergen Phl p 4 - 02/09/13

Doi : 10.1016/j.jaci.2013.03.021 
Domen Zafred, MSc a, Andreas Nandy, PhD b, Linda Pump b, Helga Kahlert, PhD b, Walter Keller, PhD a,
a Institute for Molecular Biosciences (IMB), University of Graz, Graz, Austria 
b Research and Development Division, Allergopharma Joachim Ganzer KG, Reinbek, Germany 

Corresponding author: Walter Keller, PhD, Institute for Molecular Biosciences (IMB), University of Graz, Humboldtstraße 50/III, 8010 Graz, Austria.

Abstract

Background

Phl p 4 is a major pollen allergen but exhibits lower allergenicity than other major allergens. The natural protein is glycosylated and shows cross-reactivity with related and structurally unrelated allergens.

Objective

We sought to determine the high-resolution crystal structure of Phl p 4 and to evaluate the immunologic properties of the recombinant allergen in comparison with natural Phl p 4.

Methods

Different isoallergens of Phl p 4 were expressed, and the nonglycosylated mutant was crystallized. The specific role of protein and carbohydrate epitopes for allergenicity was studied by using IgE inhibition and basophil release assays.

Results

The 3-dimensional structure was determined by using x-ray crystallography at a resolution of 1.9 Å. The allergen is a glucose dehydrogenase with a bicovalently attached flavin adenine dinucleotide. Glycosylated and nonglycosylated recombinant Phl p 4 showed identical inhibition of IgE binding, but compared with natural Phl p 4, all recombinant isoforms displayed a reduced IgE-binding inhibition. However, the recombinant protein exhibited an approximately 10-fold higher potency in basophil release assays than the natural protein.

Conclusion

The crystal structure reveals the compact globular nature of the protein, and the observed binding pocket implies the size of the natural substrate. Plant-derived cross-reactive carbohydrate determinants (CCDs) appear to reduce the allergenicity of the natural allergen, whereas the Pichia pastoris–derived glycosylation does not. Our results imply yet undescribed mechanism of how CCDs dampen the immune response, leading to a novel understanding of the role of CCDs.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Grass pollen allergy, recombinant allergen, Phl p 4, Sec c 4, cross-reactive carbohydrate determinant, basophil release assay, dehydrogenase, bicovalently attached flavin adenine dinucleotide

Abbreviations used : BBE, CCD, CD, FAD, FSAS, GPA, RMSD


Plan


 Supported by the Austrian National Science Fund (FWF) through the SFB projects F1805 and F4604.
 Disclosure of potential conflict of interest: D. Zafred and W. Keller have received grants from the Austrian Science Foundation (FDF). The rest of the authors declare that they have no relevant conflicts of interest.


© 2013  American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 132 - N° 3

P. 696 - septembre 2013 Retour au numéro
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