Dip.-Ing.in Maria Regina Strobl
MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, September 2024
Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Frau Dipl.-Ing.in Maria R. Strobl aus Anlass der im Top-Journal „Journal of Allergy and Clinical Immunology“ (IF 14.2) erschienenen Arbeit „The role of IgG1 and IgG4 as dominant IgE-blocking antibodies shifts during allergen immunotherapy“ (1). Die Studie entstand im Rahmen ihres PhD-Studiums am Zentrum für Pathophysiologie, Infektiologie und Immunologie unter der Leitung von Univ.-Prof.in Dipl.Ing.in Dr.in Barbara Bohle (Leiterin des Instituts für Pathophysiologie und Allergieforschung) in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. med. Wolfgang Pfützner und Dr. Christian Möbs (Forschungsgruppe Klinisch-Experimentelle Allergologie an der Philipps-Universität Marburg) sowie Dr.in Anja Drescher (Cytiva Europe GmbH).
Die wechselnde Bedeutung von IgG1 und IgG4 als IgE-blockierende Antikörper während der allergen-spezifischen Immuntherapie
Bis zu 30% der weltweiten Bevölkerung leiden an einer allergischen Erkrankung, die auf fehlgeleitete Überreaktionen des Immunsystems gegenüber harmlosen Proteinen, den sogenannten Allergenen, zurückzuführen ist. IgE-vermittelte Allergien werden durch IgE Antikörper ausgelöst, welche an Allergene binden und dadurch eine immunologische Kaskade auslösen, die zu lokalen Entzündungsreaktionen bis hin zur systemischen Anaphylaxie führen kann.
Die allergen-spezifische Immuntherapie (AIT) ist die einzige Therapieform für IgE-vermittelte Allergien, die nicht nur Symptome lindert, sondern den Krankheitsverlauf nachhaltig positiv beeinflussen kann. Durch die regelmäßige Verabreichung des krankheitsauslösenden Allergens über Jahre hinweg werden immunologische Vorgänge, die der fehlgeleiteten Immunreaktion entgegenwirken, begünstigt. Von besonderer Bedeutung für den klinischen Erfolg ist die Produktion sogenannter blockierender IgG Antikörper, die die Bindung von IgE an Allergene spezifisch hemmen (2, 3). In der vorliegenden Studie haben Maria R. Strobl und Kolleg:innen die Konzentration, die IgE-blockierende Aktivität, sowie die Bindungsstärke von allergen-spezifischem IgG im Laufe einer dreijährigen AIT untersucht (1).
Obwohl IgG4 generell als der wichtigste Typ blockierender Antikörper gilt (4-6), zeigte die Arbeitsgruppe von Univ. Prof.in Barbara Bohle bereits in einer früheren Studie, dass in der frühen Phase der AIT IgG1 Antikörper eine bedeutendere Rolle als blockierende Antikörper spielen (7). Um dieser Beobachtung im Detail nachzugehen, wurde in der vorliegenden Studie sowohl die IgG1 als auch die IgG4 Antikörperantwort in regelmäßigen Abständen während der AIT überwacht. So konnte gezeigt werden, dass die Spiegel der allergen-spezifischen IgG1 Antikörper im ersten Jahr höher waren als die IgG4 Antikörperspiegel. Ebenfalls blockierte IgG1 im ersten Jahr der Behandlung die allergieauslösende IgE-Reaktion stärker als IgG4, welches erst danach die blockierende Hauptfunktion übernahm. Weiters bestätigte die Messung der Oberflächenplasmonenresonanz (SPR), dass die Bindungsstärke von IgG1 an das Allergen stärker war als die von IgG4, was für die blockierende Wirkung wichtig ist (1, 8).
Die hier vorgestellte Charakterisierung verschiedener Eigenschaften der blockierenden Antikörperantwort über mehrere Therapiejahre hat die Wichtigkeit von IgG1 Antikörpern in der frühen Phase der AIT gezeigt und die wechselnde Bedeutung von IgG1 und IgG4 Antikörpern für den Therapieerfolg aufgedeckt. Die gewonnenen Erkenntnisse vertiefen das Verständnis der immunologischen Vorgänge, die für die Entstehung der Allergentoleranz wichtig sind.
Wissenschaftliches Umfeld
Maria R. Strobl beschäftigt sich im Rahmen ihrer Dissertation, die sie unter der Leitung von Univ. Prof.in Dipl.Ing.in Dr.in Barbara Bohle am Institut für Pathophysiologie und Allergieforschung durchführt, mit der Charakterisierung allergen-spezifischer blockierender Antikörper, die durch eine AIT ausgelöst werden. Besondere Aufmerksamkeit schenkt sie der Erforschung der Bindungsstärke (Affinität) besagter Antikörper, zu der die Datenlage aufgrund schwieriger experimenteller Umstände bislang dünn ist. Um Affinitäten zu bestimmen, wendet sie einerseits technisch sehr komplexe Untersuchungen an und entwickelte andererseits ein Testsystem, das den Vergleich von Bindungsstärken ohne anspruchsvolles Equipment und Know How ermöglicht. Unter Anwendung dieser Techniken gelang es in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Dr.in Gordana Wozniak-Knopp vom Institut für Molekulare Biotechnologie der Universität für Bodenkultur, Wien, den Zusammenhang zwischen einer hohen Affinität mit starker blockierender Aktivität herzustellen (8). Neben der Charakterisierung allergen-spezifischer IgG Antikörper beschäftigte sich Maria R. Strobl außerdem mit der Identifikation allergikergeeigneter Apfelsorten (9) und trug als Koautorin zu mehreren wissenschaftlichen Arbeiten bei (10-12).
Die vorgestellte Studie wurde mit dem Publication Award 2023 der Young Scientist Association der MedUni Wien und mit dem renommierten Pirquet-Preis 2023 der Österreichischen Gesellschaft für Allergologie und Immunologie prämiert.
Zur Person
Maria R. Strobl wuchs in Klagenfurt auf und zog nach der Matura für das Masterstudium der Biotechnologie an der Universität für Bodenkultur (BOKU) nach Wien. Sie absolvierte einen Auslandsaufenthalt an der Universität Ostfinnland im Bereich Pharmakologie und Public Health und beendete ihr Studium mit einer Masterarbeit im Bereich Stammzellforschung an der St. Anna Kinderkrebsforschung unter der Betreuung von Dr.in Sabine Strehl und Dr. Klaus Fortschegger sowie Assoc. Prof.in Dr.in Regina Grillari. Im Rahmen des internationalen PhD Programms „Inflammation and Immunity“ kam sie an das Institut für Pathophysiologie und Allergieforschung, um ihr PhD-Studium in der Arbeitsgruppe von Univ.-Prof.in Dipl.Ing.in Dr.in Barbara Bohle über die Antikörperantwort während der allergen-spezifischen Immuntherapie durchzuführen. Wertvolle wissenschaftliche Erfahrungen durfte sie außerdem während eines 7-monatigen Forschungsaufenthalts in der Arbeitsgruppe Molekulare Allergie am Paul-Ehrlich-Institut in Langen, Deutschland, sammeln, wo sie von Dr. Stephan Scheurer und Dr.in Andrea Wangorsch betreut wurde. Neben ihrer Forschungstätigkeit im Labor war sie mehrere Jahre lang als Vorstands- und aktives Mitglied des Club Biotech and der BOKU Wien und der Young Scientist Association der MedUni Wien tätig.
Ausgewählte Literatur
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Strobl MR, Demir H, Sanchez Acosta G, Drescher A, Kitzmüller C, Möbs C, et al. The role of IgG1 and IgG4 as dominant IgE-blocking antibodies shifts during allergen immunotherapy. J Allergy Clin Immunol. 2023;151(5):1371-8 e5.
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Shamji MH, Valenta R, Jardetzky T, Verhasselt V, Durham SR, Wurtzen PA, et al. The role of allergen-specific IgE, IgG and IgA in allergic disease. Allergy. 2021;76(12):3627-41.
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Durham SR, Shamji MH. Allergen immunotherapy: past, present and future. Nat Rev Immunol. 2023;23(5):317-28.
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Nouri-Aria KT, Wachholz PA, Francis JN, Jacobson MR, Walker SM, Wilcock LK, et al. Grass pollen immunotherapy induces mucosal and peripheral IL-10 responses and blocking IgG activity. J Immunol. 2004;172(5):3252-9.
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James LK, Till SJ. Potential Mechanisms for IgG4 Inhibition of Immediate Hypersensitivity Reactions. Curr Allergy Asthma Rep. 2016;16(3):23.
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Shamji MH, Kappen J, Abubakar-Waziri H, Zhang J, Steveling E, Watchman S, et al. Nasal allergen-neutralizing IgG4 antibodies block IgE-mediated responses: Novel biomarker of subcutaneous grass pollen immunotherapy. J Allergy Clin Immunol. 2019;143(3):1067-76.
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Sanchez Acosta G, Kinaciyan T, Kitzmuller C, Mobs C, Pfutzner W, Bohle B. IgE-blocking antibodies following SLIT with recombinant Mal d 1 accord with improved apple allergy. J Allergy Clin Immunol. 2020;146(4):894-900 e2.
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Strobl MR, Demir H, Stadlmayr G, Stracke F, Hoelzl R, Bohle B, et al. Affinity matters for IgE-blocking activity of allergen-specific antibodies. Allergy. 2023;78(9):2543-6.
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Strobl MR, Vollmann U, Eckl-Dorna J, Radakovics A, Ibl V, Schnurer M, et al. Identification of apple cultivars hypoallergenic for birch pollen-allergic individuals by a multidisciplinary in vitro and in vivo approach. Clin Transl Allergy. 2022;12(8):e12186.
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Li X, Lee EJ, Lilja S, Loscalzo J, Schafer S, Smelik M, et al. A dynamic single cell-based framework for digital twins to prioritize disease genes and drug targets. Genome Med. 2022;14(1):48.
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Zettl I, Ivanova T, Strobl MR, Weichwald C, Goryainova O, Khan E, et al. Isolation of nanobodies with potential to reduce patients' IgE binding to Bet v 1. Allergy. 2022;77(6):1751-60.
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Husa AM, Strobl MR, Strajeriu A, Wieser M, Strehl S, Fortschegger K. Generation of CD34 Fluorescent Reporter Human Induced Pluripotent Stem Cells for Monitoring Hematopoietic Differentiation. Stem Cells Dev. 2018;27(19):1376-84.