ダニ唾液生体分子に反応するアレルギー反応の研究のためのゼブラフィッシュ動物モデル
Summary
ここでは、ゼブラフィッシュ(Danio rerio)をモデルとして、ダニの唾液や哺乳類の肉の消費に対するアレルギー反応を評価することにより、α-Gal症候群(AGS)に関連するアレルギー反応と免疫応答を研究しています。
Abstract
ダニは、病原体の伝染によって病気を引き起こす節足動物のベクターであり、その咬傷は世界中の人間の健康に影響を与えるアレルギー反応に関連している可能性があります。一部の個体では、グリカンGalα1-3Galβ1-(3)4GlcNAc-R(α-Gal)に対する高レベルの免疫グロブリンE抗体がダニ刺されによって誘導されています。.ダニの唾液中に存在する糖鎖α-Galを含む糖タンパク質と糖脂質によって媒介されるアナフィラキシー反応は、α-Gal症候群(AGS)または哺乳類の肉アレルギーに関連しています。ゼブラフィッシュ(Danio rerio)は、さまざまな病状の研究に広く使用されている脊椎動物モデルとなっています。この研究では、ゼブラフィッシュは、人間のようにこの糖鎖を合成しないため、α-Galおよび哺乳類の肉の消費に反応するアレルギー反応の研究のモデルとして使用されました。この目的のために、 Ixodes ricinus ダニ唾液および哺乳類肉の消費に応答した行動パターンおよび出血性アナフィラキシー型アレルギー反応を評価した。この実験的アプローチは、AGSを含むダニ媒介性アレルギーの研究のためのゼブラフィッシュ動物モデルを支持する有効なデータの観察を可能にする。
Introduction
ダニは病気を引き起こす病原体の媒介者であり、アレルギー反応の原因でもあり、世界中の人間や動物の健康に影響を与えます1,2。ダニの摂食中、ダニの唾液中の生体分子、特にタンパク質と脂質は、これらの外部寄生虫の摂食を促進し、宿主防御を回避します3。グリカンGalα1-3Galβ1-(3)4GlcNAc-R(α-Gal)修飾を有する一部の唾液生体分子は、ダニ咬傷後に高い抗α-Gal IgE抗体レベルを産生し、一部の個体でのみ、これはα-Gal症候群(AGS)4として知られています。これは、ダニ刺されに対するアナフィラキシー、非霊長類の哺乳類の肉の消費、およびセツキシマブ5などの一部の薬物を引き起こす可能性のあるIgEを介したアレルギーに関連する疾患です。α-Galに対する反応はしばしば重篤であり、時には致命的となる可能性があります6,7,8,9,10,11,12,13,14,15。
α-Galは、旧世界のサル、類人猿、およびα-Gal13を合成する能力を持たない人間を除くすべての哺乳類に見られます。しかし、細菌や原生動物などの病原体は、その表面にこの糖鎖を発現し、大量の抗α-Gal IgM / IgG抗体の産生を誘導する可能性があり、これらの病原体に対する保護メカニズムである可能性があります16,17。しかし、抗α-Gal抗体の産生は、IgEを介した抗α-Galアレルギーを発症するリスクを高めます7,13。主にIgM / IgGサブタイプのヒトで産生された天然の抗α-Gal抗体は、腸内細菌叢の細菌に存在するこの修飾に関連している可能性があります16。現時点での主な診断方法は、特に食物アレルギー(すなわち、そう痒症、限局性じんましん、またはアナフィラキシー、じんましん、および胃腸症状に対する再発性血管浮腫)およびIgE抗α-Gal抗体レベルの測定に関連する遅延性アレルギー反応の病歴に基づいているため、AGSは困難な臨床診断になる可能性があります9。現在の知見は、ダニ咬傷がAGS18,19の出現における主要なリスクの1つを構成することを示唆しており、ダニ咬傷後のIgEレベルのα-Galへの20倍以上の増加19、AGS20,21,22患者のダニ咬傷の病歴、AGS患者におけるダニ抗原に反応する抗体の存在19、 抗α-Gal IgEは抗ダニIgEレベル19,23と強く関連していますが、どの生体分子が実際に関与しているかを評価するにはさらなる研究が必要です。
さらに、別の考えられるシナリオは、ダニ刺されおよび高レベルの抗α-Gal IgE抗体に対して強いアレルギー反応を示すが、哺乳類の肉の消費に耐性がある患者です12。したがって、哺乳類の肉アレルギーは、特定のタイプのダニ咬傷関連アレルギーである可能性があります。AGSに関連する主なダニ種には、Amblyomma americanum(米国)、Amblyomma sculptum(ブラジル)、Amblyomma testudinariumおよびHaemaphysalis longicornis(日本)、Ixodes holocyclus(オーストラリア)、およびIxodes ricinus(ヨーロッパにおけるライムボレリア症の主なベクター)が含まれます11,24。
マダニ刺されに関連するIgE産生を評価するために使用された唯一のモデルは、他の哺乳類と同様に、マウスもタンパク質および脂質上にα-Galを発現し、α-GalにIgEを産生しないため、α−1,3−ガラクトース転移酵素ノックアウト(α−Gal KO)マウス25,26の遺伝子で遺伝子改変されたマウスモデルである。しかし、ゼブラフィッシュ(Danio rerio)は、哺乳類と解剖学的に多くの類似点を共有し、人間と同様にα-Galを合成することができないため、哺乳類に適用される生物医学研究に有用なモデルです。α-Galはゼブラフィッシュで自然に生成されないため、手頃な価格のモデルであり、操作が容易で、α-Gal関連のアレルギー反応の研究に高いサンプルサイズを可能にします。
この研究では、ゼブラフィッシュをモデル生物として使用して、局所アレルギー反応、行動パターン、およびダニ唾液26,27およびその後の哺乳類肉消費に対する経皮感作への反応に関連する分子メカニズムを特徴付け、説明しています。この目的のために、魚は皮内注射によってダニの唾液にさらされ、次にα-Gal27を含む動物の使用に適した哺乳類の肉由来製品を含む犬の飼料を与え、次に関連するアレルギー反応の可能性を評価します。この方法は、アレルギープロセスに関連する他の生体分子、特にAGSに関連する生体分子の研究に適用できます。
Protocol
Representative Results
Discussion
ゼブラフィッシュは費用対効果が高く扱いやすいモデルであり、免疫応答、病原体疾患、新薬検査、ワクチン接種および感染に対する防御の分子メカニズムの研究のための非常に実行可能なツールでもあります33,34,35。ゼブラフィッシュの行動に関する研究は、以前の研究では、ストレスがかかっても水槽の底で動かず、?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SaBioグループのメンバーが実験計画に協力し、魚類実験施設とゼブラフィッシュを提供してくれたフアンガルセランサエス(IN-CSIC-UMH、スペイン)との技術支援に感謝します。この作業は、スペインおよびEU-FEDERのMCIN/AEI/10.13039/501100011033のMinisterio de Ciencia e Innovación/Agencia Estatal de Investigación MCIN/AEI/10.13039/(Grant BIOGAL PID2020-116761GB-I00)の支援を受けました。マリネラコントレラスは、スペインのイノバシオン大学シエンシア大臣から資金提供を受けており、IJC2020-042710-Iの助成金を受けています。
Materials
| 1.5 mL tube | VWR | 525-0990 | |
| All Prep DNA/RNA | Qiagen | 80284 | |
| Aquatics facilities | |||
| BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 23225 | |
| Disection set | VWR | 631-1279 | |
| Dog Food – Red Classic | Acana | ||
| ELISA plates-96 well | Thermo Fisher Scientific | 10547781 | |
| Gala1-3Gal-BSA 3 (α-Gal) | Dextra | NGP0203 | |
| iScript Reverse Transcription Supermix | Supermix | 1708840 | |
| Microliter syringes | Hamilton | 7638-01 | |
| Plate reader | any | ||
| Phosphate buffered saline | Sigma | P4417-50TAB | |
| pilocarpine hydrochloride | Sigma | P6503 | |
| Pipette tip P10 | VWR | 613-0364 | |
| Pipette tip P1000 | VWR | 613-0359 | |
| Premium food tropical fish | DAPC | ||
| Sponge Animal Holder | Made from scrap foam | ||
| Stereomicroscope | any | ||
| Thermal Cycler Real-Time PCR | any | ||
| Tricaine methanesulphonate (MS-222) | Sigma | E10521 |
References
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