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Influence of the Maillard reaction on the allergenicity of food allergens

Hofmann, Monika :
Influence of the Maillard reaction on the allergenicity of food allergens.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2014)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Influence of the Maillard reaction on the allergenicity of food allergens
Language: English
Abstract:

The Maillard reaction is a non-enzymatic reaction between reducing sugars and compounds with free amino groups like proteins and takes place during thermal processing of foods. The reaction leads to modification of proteins with various glycation structures such as Nε-(carboxymethyl-)lysine (CML), methylglyoxal (MGO)-induced hydroimidazolones and pyrraline. These modifications have an influence on the immunogenic and allergenic properties of food allergens, e.g. glycation enhances the CD4+ T-cell immunogenicity of the egg white allergen ovalbumin (OVA). In this study, distinct glycation structures contributing to the enhanced T-cell immunogenicity of crude glycated OVA (AGE-OVA) should be identified. For this purpose OVA was selectively modified with several glycation structures such as CML and pyrraline. T-cell immunogenicity of glycated OVA samples was assessed using a co-culture system of murine bone marrow-derived dendritic cells (BMDCs) and Ova-specific CD4+ T-cells. Incubation of the cells with OVA modified with pyrraline (Pyr-OVA), but none of the other selectively modified samples, resulted in enhanced CD4+ T-cell activation and cytokine production by the T-cells. This enhanced T-cell immunogenicity of Pyr-OVA is mediated by DCs, although Pyr-OVA and other glycated OVAs did not affect BMDC maturation. However, Pyr-OVA was highly taken up by BMDCs compared to native OVA and other glycated OVAs. Deficiency of scavenger receptor class A (SR-A), but not inhibition of galectin-3 or class B scavenger receptors, in BMDCs reduced the uptake of Pyr-OVA. CD4+ T-cell activation by Pyr-OVA was also reduced when SR-A-/- BMDCs were used in the co-culture system. The allergenicity of Pyr-OVA was assessed using a mouse model of food allergy and mice sensitized with Pyr-OVA had higher IgE levels and showed stronger clinical symptoms than mice sensitized with native OVA. Pyrraline-modified food allergens could be taken up more efficiently by DCs, via binding of the glycation structure to SR-A, and in turn enhance CD4+ T-cell immunogenicity of the allergens. Since CD4+ T-cells play a critical role to induce IgE production by B-cells pyrraline-modification might be capable to enhance the allergic potential of food allergens. This study will help to get a better understanding of molecular mechanisms of food allergies.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Die Maillard-Reaktion ist eine nicht-enzymatische Reaktion zwischen reduzierenden Zuckern und Verbindungen mit einer freien Aminogruppe, wie z.B. Proteinen, und läuft während der thermischen Prozessierung von Nahrungsmitteln ab. Durch diese Reaktion werden Proteine mit den Produkten der Maillard-Reaktion, z.B. Nε-Carboxymethyllysin (CML), Methylglyoxal-induzierten Hydroimidazolonen oder Pyrralin, modifiziert. Diese Modifikationen haben einen Einfluss auf die immunogenen und allergenen Eigenschaften von Nahrungsmittelallergenen, z.B. führt die Modifikation des Eiweiß-Allergens Ovalbumin (OVA) durch die Maillard-Reaktion zu einer erhöhten CD4+ T-Zell-Immunogenität. Im Rahmen dieser Studie sollten Maillard-Verbindungen identifiziert werden, die zu der erhöhten T-Zell-Immunogenität von AGE-OVA beitragen. Zu diesem Zweck wurde OVA selektiv mit repräsentativen Maillard-Verbindungen, wie z.B. CML oder Pyrralin, modifiziert. Die T-Zell-Immunogenität der OVA-Proben wurde mit Hilfe einer Ko-Kultur aus murinen dendritischen Zellen (BMDCs) und OVA-spezifischen CD4+ T-Zellen analysiert. Nach Inkubation der Zellen mit OVA modifiziert mit Pyrralin (Pyr-OVA), aber nicht mit den anderen selektiv modifizierten Proben, wurde eine erhöhte Aktivierung und Zytokinproduktion der T-Zellen beobachtet. Diese erhöhte T-Zellimmunogenität wird von den dendritischen Zellen vermittelt, obwohl Pyr-OVA und die anderen OVA-Proben die BMDC-Maturierung nicht beeinflussen. Jedoch wurde Pyr-OVA stärker als natives OVA oder die anderen modifizierten OVA-Proben von BMDCs aufgenommen. Die Verwendung von Scavenger-Rezeptor Klasse A (SR-A)-defizienten BMDCs, aber nicht die Inhibition von Galectin-3 oder Klasse B Scavenger-Rezeptoren, reduzierte die Aufnahme von Pyr-OVA. Die Aktivierung von CD4+ T-Zellen durch Pyr-OVA konnte ebenfalls durch die Verwendung von SR-A-/- BMDCs in der Ko-Kultur reduziert werden. Die allergenen Eigenschaften von Pyr-OVA wurden in einem Mausmodell der Nahrungsmittelallergie untersucht und mit Pyr-OVA sensibilisierte Mäuse hatten einen höheren IgE-Spiegel und zeigten stärkere klinische Symptome im Vergleich zu Mäusen welche mit nativem OVA sensibilisiert wurden. Mit Pyrralin modifizierte Allergene scheinen, durch die Bindung der Maillard-Verbindung an SR-A, effizienter von DCs aufgenommen zu werden, welches darauffolgend die CD4+ T-Zellimmunogenität der Allergene erhöht. Da CD4+ T-Zellen eine wichtige Rolle bei der Induktion der IgE-Produktion von B-Zellen spielen, könnte die Pyrralin-Modifikation das allergene Potenzial von Nahrungsmittelallergenen verstärken. Diese Studie trägt zu einem verbesserten Verständnis der molekularen Mechanismen der Nahrungsmittelallergie bei. German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Fachgebiet Biochemie
Date Deposited: 13 Nov 2014 10:38
Last Modified: 13 Nov 2014 10:38
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-42290
Referees: Kolmar, Prof Harald
Refereed: 13 October 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4229
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