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L'aggiornamento scientifico
Immunologia molecolare
degli allergeni di pollini di
graminacee
I pollini delle graminacee (o Poaceae) sono una delle più
importanti fonti di allergene inalante nel mondo. Le
Poaceae delle regioni temperate contano più di duemila
specie differenti; la omogeineità allergenica tra queste
specie è strettamente legata alla loro relazione
filogenetica.
irca venti specie, ripartite in cinque
sotto-famiglie, rappresentano le
cause più frequenti di allergia ai pollini di graminacee. La maggior parte
di esse appartiene alla sotto-famiglia delle
Pooideae, che comprende i cereali coltivati.
Altre specie allergeniche di zone temperate e
subtropicali, comunemente chiamate graminacee tropicali, appartengono alle sotto-famiglie Panicoideae, Chloridoideae, Arundinoideae
e Bambusoideae (figura 1) [1].
C
L’allergenicità
dei pollini da
graminacee è
attribuibile a un
numero limitato
di proteine.
Gli 11 gruppi di allergeni
identificati
L’allergenicità dei pollini di graminacee è da
attribuire a un numero limitato di proteine che
viene rapidamente liberato dai granuli pollinici
di graminacee dopo l’idratazione a contatto
con le mucose.
Nomenclatura
Gli allergeni identificati in una specie hanno
omologhi in altre specie che presentano proprietà fisico-chimiche e immunologiche simili.
Così sono stati formati i gruppi 1, 2, 3,… che
raggruppano allergeni provenienti da specie
diverse, ma con proprietà simili. Ad oggi, sono
stati identificati e descritti 11 gruppi di allergeni
(v. tavola a pag. 10-11) [2-5]. Si noterà che i
numeri 8 e 9, attribuiti inizialmente in modo
ambiguo, oggi non sono più attribuiti nella
nomenclatura ufficiale degli allergeni di graminacee [6].
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Presenza degli allergeni nelle differenti
specie
Gli allergeni del gruppo 1 sono specifici della
famiglia delle Poaceae. Si ritrovano in tutte le
specie di graminacee, tra cui i cereali. I gruppi
2, 3 e 5 sono specifici delle Pooideae, escluse
le Chloridoideae (graminacee tropicali) e le
Panicoideae (mais). Gli allergeni del gruppo
10 sono presenti in dieci specie di graminacee
e quelli del gruppo 6 sono stati evidenziati ad
oggi solo nelle specie di Poa pratensis,
Anthoxanthum odoratum e Phleum pratense.
Gli allergeni dei gruppi 12, 4, 7 e 11 non sono
specifici delle graminacee; il primo (la profilina) è presente in tutte le cellule eucariote,
mentre gli altri sono rappresentati al di fuori della
famiglia delle Poaceae.
Struttura molecolare dei diversi
allergeni
Caratteristiche generali
I diversi allergeni si esprimono sotto forma di
proteine glicosilate e non glicosilate differenti per
peso, struttura e proprietà fisico-chimica. E’
stato dimostrato che numerosi allergeni di polline di graminacee esprimono diverse isoforme,
che si distinguono per carica e peso. Tali
variazioni di isoforme possono apparire in modi
diversi per un dato allergene: esistenza di prodotti multigenici, modificazione di un prodotto
mono-genico, combinazione di prodotti multigenici e modificazione.
Caratteristiche per gruppo
• Gli allergeni del gruppo 1 sono glicoproteine
acide di massa molecolare da 31 a 35 kDa
espresse in numerose isoforme. Hanno
un’identità di sequenza da 60 a 70% con la
beta-espansina, una famiglia di proteine coinvolte nel rilascio delle pareti cellulari e nella
crescita delle piante.
• Gli allergeni del gruppo 2, acidi, e del
gruppo 3, basici, sono proteine non glicosilate da 10 a 12 kDa, che presentano dall’85
al 90% di omologia di sequenza tra le specie.
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Figura 1. Ripartizione dei gruppi allergenici nelle
graminacee
Famiglie
Sotto-famiglie
Pooideae
Sotto-tribù
Triticodae
Tribù
Triticeae
Specie
Triticum aestivum L.
Secale cereale L.
Hordeum vulgare L.
Agropyron rupens L.
…
Poodae
Bromeae
Bromus inermis L.
…
…
Poeae
Dactylis glomerata L.
Lolium perenne L.
Poa pratensis L.
…
Poaceae
Gruppi 2, 3, 5
Festuca elatior L.
Aveneae
Holcus lanatus L.
Avena sativa L.
Arrhenatherum eliatus L.
Avena fatua L.
Phleum pratense L.
Agrostis communis L.
Anthoxanthum odoratum L.
…
Panicoideae
…
Andropogoneae Zea mais L.
Sorghum halepense L.
…
Chloridoideae
Chlorideae
Cynodon dactylon L.
Paspalum notatum L.
…
Gruppi 4, 7, 10, 11, 12
Gruppo 1
La molecola è di forma elissoidale e presenta
una identità di sequenza con il gruppo 1,
senza la reattività IgE crociata descritta.
• Gli allergeni del gruppo 4 sono glicoproteine
basiche da 50 a 67 kDa, contenenti strutture
alfa-elicoidali e strutture beta.
• Gli allergeni del gruppo 5 si presentano sotto
due grandi gruppi di isoforme non glicosilate
(α e β), con una massa apparente da 27 a
33 kDa, di peso paragonabile a quelle degli
allergeni del gruppo 1. Le varianti delle due
isoforme presentano da 25 a 30% di divergenza nella loro sequenza di acidi amminati.
Il ruolo funzionale e biologico degli allergeni
del gruppo 5 rimane a oggi sconosciuto. E’
stata descritta un’attività delle ribonucleasi.
Gli allergeni del gruppo 5 sono associati a una
differenza più grande di quella del gruppo 1.
• Il gruppo 6 è rappresentato da una proteina
acida non glicosilata di 13 kDa la cui
sequenza N-terminale mostra una omologia
con una regione interna degli allergeni del
gruppo 5.
• Gli allergeni del gruppo 7 sono piccole proteine di tipo calcium-binding, attaccate alle
polcalcine
• Gli allergeni del gruppo 10 sono il citocromo
C, una proteina basica di 12 kDa.
• Il gruppo 11 è rappresentato da una glicoproteina di 18 kDa appartenenente alla
famiglia degli inibitori di tripsina della soia.
• Gli allergeni del gruppo 12 appartengono alla
famiglia delle profiline, proteine acide
di 14 kDa coinvolte nella dinamica del
citoscheletro.
• I rappresentanti del gruppo 13 sono proteine
instabili di 50 a 60 kDa, facenti parte della famiglia delle proteine simili alle poligalatturonasi.
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Figura 2. Prevalenza e potenza allergenica dei
gruppi di allergeni di Pooideae
Prevalenza delle IgE specifiche
in pazienti allergici ai pollini
di graminacee
■
Alta
Gruppo
4
Gruppo
1
Gruppo
5
Gruppo
2/3
50 %
Gruppo
11
Bassa
Gruppo
13
(potenza
allergenica ?)
Gruppo
12
Gruppo
7
Gruppo
10
(elevata potenza allergenica)
Debole
40 %
Forte
Livello medio di IgE specifiche = frazione della potenza
allergenica/estratto totale
Frequenza delle sensibilizzazioni e
potere allergenico
La diagnostica dell’allergia al polline di graminacee beneficia, da poco, della disponibilità di
allergeni ricombinanti purificati. Questo nuovo
La diagnostica
dell’allergia ai
pollini di
graminacee
beneficia, da
qualche tempo,
della
disponibilità di
allergeni
ricombinanti
purificati.
■
Gli allergeni maggiori
Gli allergeni maggiori sono definiti sulla base di
criteri di “frequenza” (prevalenza di IgE specifici) e di “potenza” (livello medio di IgE specifici). Gli allergeni maggiori sono riconosciuti
dalle IgE nella maggioranza dei pazienti allergici e inducono un livello elevato di IgE nella
popolazione allergica, in associazione ai sintomi.
Sono maggiori gli allergeni dei gruppi 1 e 5:
- gli allergeni del gruppo 1 sono riconosciuti dal
90% dei pazienti allergici ai pollini di graminacee e giocano un ruolo importante nel legame
delle IgE con l’estratto di polline;
- la prevalenza della sensibilizzazione agli allergeni del gruppo 5 è tra il 65 e l’85% e hanno
un ruolo maggiore nella quantità di IgE prodotta dai soggetti allergici.
Gli allergeni dei soli gruppi 1 e 5 contribuiscono a più
dell’80% dell’allergenicità dei pollini di graminacee;
sono quindi gli allergeni più importanti da prendere
in considerazione [8,10,11].
Il panorama degli allergeni dei pollini di Pooideae
Gruppo 1
Gruppi 2/3
Gruppo 4
Gruppo 5
Grup
Anthoxanthum odoratum
Ant o 1
Ant o 2
Ant o 4
Ant o 5
Ant
Dactylis glomerata
Lolium perenne
Phleum pratense
Poa pratensis
Festuca pratensis
Holcus lanatus
Triticum sativum
Dac g 1
Dac g 2 Dac g 3
Dac g 4
Dac g 5
Lol p 1
Lol p 2 Lol p 3
Lol p 4
Lol p 5
Phl p 1
Phl p 2 Phl p 3
Phl p 4
Phl p 5
Phl
Poa p 1
Poa p 2
Poa p 4
Poa p 5
Poa
Fes p 4
Fes p 5
Natura e funzione
Specie
Fes p 1
Hol l 1
Hol l 2
Tri a 1
Tri a 2
Tri a 4
Tri a 5
β-espansine
Acidi (gruppo 2)
Basici (gruppo 3)
Glicoproteine
basiche
Attività delle
ribonucleasi 2
isoforme: «α» e «β»
Massa molecolare (kDa)
31-35
10-12
50-67
27-33
Prevalenza di IgE
specifiche
90%
40-60%
80%
65-85%
Elevata attività
allergenica
15%
20-40%
50-95%
Si
Si
No
Si
Allergenicità
Allergie specifiche a
polline di Pooideae
10
strumento consente di identificare profili distinti
di reattività IgE tra i pazienti [7-9]. Secondo le
loro proprietà di sensibilizzazione, gli allergeni
sono classificati in maggiori o minori (figura 2).
Hol l 5
Isofla
redu
1
60-7
N
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■
5
5
Gruppo 6
Gruppo 7
Ant o 6
5
Gruppo 1
Gruppo 5
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Lolium
Mix di 5
graminacee perenne
Phleum
pratense
Gli allergeni maggiori del gruppo 1 presentano
un grado di omologia altamente significativo
(almeno il 90% a livello di acidi amminati) tra le
differenti specie di Pooideae. L’identità di
sequenza globale degli acidi amminati tra gli
allergeni del gruppo 5 di differenti specie varia
tra il 55 e l’85%. Questa omologia a livello di
acidi amminati si traduce in una forte reattività
IgE crociata tra le specie [12]. Oltre ai gruppi
Gruppo 13
Ant o CBP
Ant o 12
Ant o 13
Dac g CBP
Dac g 12
Dac g 13
Lol p 11
Lol p 12
Lol p 13
Phl p 11
Phl p 12
Phl p 13
Lol p 10
5
Phl p 6
Phl p 7
5
Poa p 6
Poa p CBP
Dactylis
Poa Anthoxanthum
glomerata pratensis odoratum
Omologia di sequenza e reattività
crociata
Gruppo 12
5
Gruppo 10
(valutata su sei lotti di polline di ogni specie)
Contenuto in allergeni rispetto
al mix di cinque graminacee
Gli altri gruppi allergenici
Meno del 20% del potenziale allergenico dei
pollini da graminacee è legata ad allergeni
minori (appartenenti per esempio ai gruppi
2, 3, 4, 6, 7, 10, 11, 12 e 13).
Come allergeni minori, gli allergeni dei gruppi
2 e 3 sono riconosciuti dal 40 al 60% dei
pazienti allergici.
Gli allergeni del gruppo 4 sono riconosciuti
dall’80% dei pazienti: oggi risulta che essi
siano l’obiettivo di una risposta IgE frequente,
ma quantitativamente più debole rispetto ai
gruppi 1 e 5.
E’ stato dimostrato che il Phl p 6 provoca nel
60-70% dei pazienti allergici un legame IgE, che
potrebbe in parte essere dovuto ad una reattività crociata con il Phl p 5.
Nonostante la forte attività IgE, il gruppo 7
spesso non viene riconosciuto.
Il gruppo 10 provoca una risposta IgE in meno
del 5% dei pazienti.
Gli allergeni del gruppo 11 sono riconosciuti nel
siero del 30 a 60% degli individui sensibilizzati.
Gli allergeni del gruppo 12 (profilina) inducono
una risposta IgE nel 15 - 30% dei soggetti.
Infine, gli allergeni del gruppo 13 sono riconosciuti dal 50% dei pazienti allergici ai pollini di
graminacee.
Figura 3. Variabilità del contenuto in allergeni dei
gruppi 1 e 5 secondo le specie di graminacee
Gruppo 11
Poa p 10
Poa p 12
5
Fes p 13
5
5
elle
si 2
» e «β»
%
Tri a 12
Tri a 13
Isoflavone
reductase
Calcium-binding
protein
Polcalcine
Citocromo C
Inibitore della
tripsina della
soia
Profiline
Actin-binding
proteine
Proteine simili
alla
poligalatturonasi
13
8-12
12
18
14
50-60
60-70%
10%
< 5%
45%
15-30%
55%
Elevata attività
allergenica
%
No
No
4%
No
No
No
No
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L'aggiornamento scientifico
1 e 5, altri allergeni minori (per esempio i gruppi
2/3, 7, 10 e 12) presentano un’omologia
significativa (superiore al 60%) tra specie di
Pooideae.
Implicazioni pratiche:
razionale per un mix di
cinque graminacee
Variazione del contenuto di
allergeni secondo le specie
Tra le diverse specie di graminacee, esistono
differenze quantitative rispetto al contenuto di
allergeni maggiori (figura 3). Si osservano variazioni quantitative anche negli allergeni minori.
Tali dati molecolari hanno conseguenze
pratiche sulla concezione dell’immunoterapia:
- gli allergeni del gruppo 1 e del gruppo 5
giocano un ruolo fondamentale per
indurre una desensibilizzazione efficace ai pollini di graminacee;
- un mix di polline di specie di graminacee selezionate permette di equilibrare il contenuto di allergeni maggiori
e assicura la rappresentanza di allergeni minori, allo stesso tempo migliorando l’uniformità dei lotti.
M. Hrabina, Antony (Francia)
1. Weber RW. Cross-reactivity of pollen allergens. Curr Allergy Asthma Rep
2004;4:401-8.
2. Andersson K, Lidholm J. Characteristics and immunobiology of grass pollen
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IgE to a timothy extract vs. IgE to rPhl p 1, rPhl p 2, nPhl p 4, rPhl p 5, rPhl
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from gene to the clinic. Allergy 2004;59;243-67.
12
In tutta Europa, la popolazione è naturalmente
esposta a molti pollini emessi da diverse
specie di graminacee. La maggior parte dei
pazienti è quindi poliesposta e probabilmente
polisensibilizzata.
Le condizioni dell’esposizione pollinica variano
secondo le zone geografiche, tanto in termini
di composizione dei pollini che di quantità.
Tuttavia, le conte polliniche non permettono di
determinare con precisione le specie presenti
nell’ambiente, a causa dei periodi di
sovrapposizione delle stagioni polliniche e
delle similitudini morfologiche tra i diversi
pollini. I test diagnostici (IgE specifici e test
cutanei) non permettono a oggi di determinare
le specie specificatamente implicate nella
sensibilizzazione dei pazienti.
Infatti, le omologie di sequenza tra gli allergeni
emessi dalle diverse specie sono all’origine di
una reattività crociata importante. Nonostante
tali omologie, gli allergeni in causa presentano
anche differenze significative, qualitative e
quantitative. In immunoterapia, tali differenze
giustificano l’utilizzo di un mix che rifletta
l’esposizione naturale e che rispetti l’equilibrio
tra allergeni maggiori (gruppi 1 e 5), pur
assicurando la presenza di allergeni minori e
relativi ad alcune specie soltanto.
Per questo motivo, i trattamenti di
desensibilizzazione ai pollini di graminacee
sono solitamente realizzati con un mix di pollini
emessi da diverse specie. Il mix più utilizzato
è realizzato a partire dal polline di cinque
graminacee: Dactylis glomerata, Phleum
pratense, Anthoxanthum odoratum, Lolium
perenne, Poa pratensis. Tali specie sono molto
frequenti e diffuse in tutta Europa e il loro
contenuto allergenico è ben caratterizzato. E’
dunque logico pensare che un tale mix rifletta
meglio le condizioni naturali di esposizione e di
sensibilizzazione rispetto al polline di una
specie unica.
G. Peltre
Responsabile del gruppo Allergie et
Environnement del Laboratoire Environnement
et Chimie Analytique, École Supérieure de
Physique et Chimie Industrielles (ESPCI)
Parigi (Francia)