Potential and mutual interference of differently N-glycosylated murine and humane IgG and IgA subclass antibodies during IgG-mediated anaphylaxis

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Description

IgE antibodies (Abs) can mediate allergic reactions, including systemic anaphylaxis, by activating FcεRI on e.g. mast cells, leading to release of histamine. Allergen-specific IgG Abs, which are also induced by allergen-specific immunotherapies (AITs), can inhibit IgE-mediated anaphylaxis through allergen masking and crosslinking of FcεRI with the classical IgG inhibitory receptor FcyRIIb.However, when allergen levels are high, IgG Abs induced in untreated and AIT-treated allergic patients, as well as to medical drugs (Biologica), also have the potential to mediate anaphylaxis by stimulating classical activating FcyRs on different immune cell types.Effector functions of IgG Abs depend on their subclass and type of Fc N-glycosylation. Agalactosylated IgG Abs are associated with pro-inflammatory effector functions, whereas galactosylated plus terminal sialylated IgG Abs act less or even anti-inflammatory. Differently glycosylated IgG Abs interact not only with classical FcyRs but, depending on the terminal sugar motive, also with C-type lectin receptors. IgA has several Fc N-glycosylation sides, but their influence on the effector function is unclear.We could show that- immunizations of mice with protein antigens and distinct adjuvants induce different IgG subclasses and Fc N-glycosylation patterns und that these distinct IgG compositions have different potentials to induce IgG-mediated anaphylaxis (Oefner et al, JACI 2012; Hess et al, JCI 2013; Epp et al, JACI 2017).- accordingly, the IgG-mediated anaphylaxis highly depends on the IgG subclass and their type of Fc N-glycosylation; sialylation reduces the anaphylactic potential of particular IgG1 (which functionally resembles human IgG4) and of IgG2b (but hardly of IgG2a, which functionally resembles human IgG1) through the C-type lectin receptor SignR1 (Epp et al, 2017).- in addition, sialylated murine IgG1 and IgA inhibits an anaphylaxis induced with agalactosylated IgG2b.- in patients a conventional AIT with birch pollen extract and the adjuvant Alum induces first IgG1 and then IgG4 Abs that are sialylated and show anti-inflammatory functions (Epp et al, 2017).Here, we further want to analyze the potential and mutual interference of differently glycosylated murine and human IgG and IgA subclass Abs by using our mouse modeI of IgG-mediated anaphylaxis also with humanized mice. We want e.g. to investigate- on which cells SignR1 is responsible for the inhibitory effect of the sialic acid; here we will also investigate the role of platelets whose activation has recently been described to be the first step in IgG-mediated anaphylaxis.- whether sialylation of human IgG4 also stronger inhibits its anaphylactic potential than that of human IgG1.- whether sialylated human IgG4 and IgA can also inhibit a human IgG1-induced anaphylaxis and how.These studies will help to better predict the risk of an allergic reaction and the success of AIT protocols in future.

Key findings

IgE-Antikörper induzieren Allergien und im schlimmsten Fall systemische Anaphylaxien, indem sie über den IgE-Rezeptor (R) auf z.B. Mastzellen die Ausschüttung von Histamin provozieren. Eine IgE-vermittelte Allergie kann durch IgG, das z.B. auch bei einer Allergen-spezifischen Immuntherapie (AIT) entsteht, über Antigen-Maskierung und Vernetzung des IgE-R mit dem inhibitorischen IgG-R FcyRIIB inhibiert werden. Bei höheren Allergendosen wie z.B. auch bei der Verabreichung von Biologika-Medikamenten besteht allerdings die Gefahr, dass das IgG selbst eine allergische Reaktion über aktivierende FcyR induziert. Die IgG Fc-vermittelte Effektorfunktion ist abhängig von dessen Subklasse und Art der Fc N-Glykosylierung. Nicht-galaktosyliertes IgG ist assoziiert mit pro-inflammatorischen Effektorfunktionen, wohingegen galaktosyliertes plus terminal sialyliertes IgG mit weniger oder gar anti-inflammatorischen Wirkungen assoziiert wird. Verschieden glykosyliertes IgG interagiert dabei mit klassischen FcyR und je nach terminalem Zuckerbaustein mit C-Typ Lektin-R. IgA hat mehrere Fc N-Glykosylierungsstellen, jedoch ist deren Einfluss auf die Effektorfunktion noch unklarer. In diesem Projekt sollte die Rolle der IgG und IgA Subklasse und deren Fc Sialylierung auf eine Antikörper-vermittelte passive systemische Anaphylaxie (PSA) weiter untersucht werden. Bei diesem Modell wird ein „Allergen“-spezifischer Antikörper intravenös appliziert, und durch eine spätere intravenöse Applikation des „Allergens“ eine systemische allergische Reaktion (Anaphylaxie) ausgelöst, die über den Grad des Temperaturabfalls der Körpertemperatur bestimmt werden kann. Die Arbeiten haben gezeigt, dass eine IgG-vermittelte PSA eher unabhängig vom Sialylierungsgrad des „Allergen“-spezifischen IgGs war, und viel mehr vom Sialylierungsgrad des „Allergen“-unspezifischen Gesamt-Blut-IgGs abhängig war. Wie bei der Behandlung einer inflammatorischen Autoimmunerkrankung konnte die PSA durch Erhöhung des Sialylierungsgrads des Gesamt-Blut-IgGs die Anaphylaxie verringert werden. Dies konnte z.B. mit gepooltem humanen IgG von gesunden Spendern (IVIG; intravenöses Immunglobulin (relativ hoher Sialylierungsgrad)) als auch mit sialyliertem, aber kaum mit nichtsialyliertem „Allergen“-unspezifischen murinen IgG1 erreicht werden. IVIG als auch sialyliertes murines IgG1 regulierten dabei über den C-Typ Lektin Rezeptor SignRI den inhibitorischen IgG-R FcyRIIB hoch. Entsprechend konnte eine IgG (über FcγRIIB)-kontrollierte IgE-vermittelte PSA veringert werden. „Allergen“-unspezifisches murines IgG2a zeigte diese inhibitorische Wirkung nicht. Weiterhin zeigte sialyliertes, aber kaum nicht-sialyliertes murines IgA eine inhibitorische Wirkung im PSA Modell. Zusammenfassend deuteten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Stärke einer IgG-vermittelten als auch einer IgG (über FcγRIIB)-kontrollierten IgE-vermittelten Allergischen Reaktion von der Gesamt-Blut-IgG Sialylierung eines jeden Einzelnen abhängt bzw. darüber (therapeutisch) beeinflusst werden könnte.
Statusfinished
Effective start/end date01.01.1831.12.22

UN Sustainable Development Goals

In 2015, UN member states agreed to 17 global Sustainable Development Goals (SDGs) to end poverty, protect the planet and ensure prosperity for all. This project contributes towards the following SDG(s):

  • SDG 3 - Good Health and Well-being

Research Areas and Centers

  • Academic Focus: Center for Brain, Behavior and Metabolism (CBBM)
  • Academic Focus: Center for Infection and Inflammation Research (ZIEL)

DFG Research Classification Scheme

  • 205-18 Rheumatology