Ragweed pollen allergens: description and prospects for the development of new highly effective allergy vaccines

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Ragweed pollen allergy is widespread in the South of Russia, the Far East and other regions, where 25 to 40 % of all weeds-allergic patients may be sensitized specifically to ragweed, representing an important public health problem. Drugs of various pharmacological groups used for the treatment of ragweed pollen allergy affect only the symptoms but not the cause of allergy. Existing pathogenetic therapy (allergen-specific immunotherapy with allergy vaccines based on water-salt extracts) requires long courses and can cause significant side effects. The development of more effective allergy vaccines requires the study of the structures of ragweed pollen allergens and the identification of their IgE epitopes. Based on these epitopes, new highly effective allergy vaccines can be developed using recombinant technologies that will lack the disadvantages of water-salt extracts and will possess the ability to enhance the induction of protective IgG.

This review is focused on the epidemiology of ragweed pollen allergy, as well as the latest approaches to the analysis of its allergens’ structures and development of allergy vaccines. Presented information is relevant for the development of new promising highly effective allergy vaccines for allergen-specific immunotherapy of ragweed pollen allergy.

About the authors

Artem A. Shatilov

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia

Email: aa.shatilov@nrcii.ru
ORCID iD: 0000-0002-4675-8074
SPIN-code: 6768-5796
Russian Federation, Moscow

Anastasiia V. Shatilova

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia

Author for correspondence.
Email: av.timofeeva@nrcii.ru
ORCID iD: 0000-0003-3780-2878
SPIN-code: 1988-1536
Russian Federation, Moscow

Aizirek A. Asanbaeva

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia; The First Sechenov Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: asanbaeva-a42@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-2395-6468
Russian Federation, Moscow; Moscow

Marina O. Babikhina

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia

Email: marinababihina@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-5935-1647
SPIN-code: 4621-0268
Russian Federation, Moscow

Igor P. Shilovskiy

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia

Email: ip.shilovsky@nrcii.ru
ORCID iD: 0000-0001-5343-4230
SPIN-code: 6008-7323

Dr. Sci. (Biology)

Russian Federation, Moscow

Sergei M. Andreev

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia

Email: andsergej@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8297-579X
SPIN-code: 2542-5260

Cand. Sci. (Chemistry)

Russian Federation, Moscow

Valerii V. Smirnov

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia; The First Sechenov Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: vall@mail.mipt.ru
ORCID iD: 0000-0002-8232-6682
SPIN-code: 4171-3871

Dr. Sci. (Pharmacy), Assistant Professor

Russian Federation, Moscow; Moscow

Evgeniya V. Nazarova

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia

Email: ev.nazarova@nrcii.ru
ORCID iD: 0000-0003-0380-6205
SPIN-code: 4788-7407

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Moscow

George B. Pasikhov

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia

Email: george.pasikhov@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0007-8916-3322
SPIN-code: 6283-5320
Russian Federation, Moscow

Maiia V. Popova

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia

Email: mayhemly@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3671-780X
SPIN-code: 3754-0550
Russian Federation, Moscow

Polina A. Strueva

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia

Email: polly.strueva@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0003-7718-0767
Russian Federation, Moscow

Olga G. Elisyutina

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia

Email: el-olga@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4609-2591
SPIN-code: 9567-1894

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Moscow

Olga P. Ukhanova

Stavropol State Medical University

Email: uhanova_1976@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7247-0621
SPIN-code: 8287-2891

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Stavropol

Dmitry A. Kudlay

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia; The First Sechenov Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: D624254@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1878-4467
SPIN-code: 4129-7880

MD, Dr. Sci. (Medicine), corresponding member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Moscow; Moscow

Musa R. Khaitov

National Research Center – Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency of Russia; The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Email: mr.khaitov@nrcii.ru
ORCID iD: 0000-0003-4961-9640
SPIN-code: 3199-9803

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, corresponding member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Dierick BJH, van der Molen T, Flokstra-de Blok BMJ, et al. Burden and socioeconomics of asthma, allergic rhinitis, atopic dermatitis and food allergy. Expert Rev Pharmacoecon Outcomes Res. 2020;20(5):437–453. doi: 10.1080/14737167.2020.1819793
  2. Akdis CA, Agache I, editors. Global Atlas of Allergy. Zurich: EAACI, 2014 [cited 2024 May 31]. Available from: https://hub.eaaci.org/ education_books/global-atlas-of-allergy/
  3. Astafieva NG, Baranov AA, Vishneva EA, et al. Allergic rhinitis. Russian Journal of Allergy. 2022;19(1):100–141. (In Russ). doi: 10.36691/RJA1524
  4. Kurbacheva OM, Pavlova KS, Kozulina IE. Allergen-specific immunotherapy: history, methods and new options. Meditsinskiy sovet [Medical Council]. 2013;(3–2):10–19. (In Russ). doi: 10.21518/2079-701X-2013-3-2-10-19
  5. Khaitov MR. The role of respiratory viruses in the pathogenesis of bronchial asthma. Immunologiya. 2003;24(1):58. (In Russ).
  6. Ukhanova OP, Bogdanova MA, Zheltova IV, et al. Aeropalynological monitoring of weed pollen and mold spores. Russian Medical Review. 2020;4(1):48–51. (In Russ.) doi: 10.32364/2587-6821-2020-4-1-48-51
  7. Aistova EV. Invasion plants – source pollinose in the russian Far East. Turczaninowia. 2010;13(4):45–48. (In Russ).
  8. Zhernov Y, Curin M, Khaitov M, et al. Recombinant allergens for immunotherapy: state of the art. Curr Opin Allergy Clin Immunol. 2019;19(4):402–414. doi: 10.1097/ACI.0000000000000536
  9. May JR, Dolen WK. Management of Allergic Rhinitis: A Review for the Community Pharmacist. Clin Ther. 2017;39(12):2410–2419. doi: 10.1016/j.clinthera.2017.10.006
  10. Pavlova KS, Timoshenko DO, Gushchin IS, Kurbacheva OM. Allergen immunotherapy: on the path to achieving immune tolerance. Immunologiya. 2024;45(1):82–90. (In Russ). doi: 10.33029/1816-2134-2024-45-1-82-90
  11. Pipet A, Botturi K, Pinot D, et al. Allergen-specific immunotherapy in allergic rhinitis and asthma. Mechanisms and proof of efficacy. Respir Med. 2009;103(6):800–812. doi: 10.1016/j.rmed.2009.01.008
  12. Macharadze DSh. Ambrosia Allergy. Diagnosis And Treatment Characteristics. Medical opponent. 2019;2(6):48–55. (In Russ).
  13. Ukhanova OP, Ebzeeva II. Treatment of ragweed pollinosis using sublingual allergens. Russian Journal of Allergy. 2019;16(4):17–23. (In Russ). doi: 10.36691/RAJ.2020.16.4.002
  14. Carnes J, Gallego MT, Moya R, Iraola V. Allergoids for Allergy Treatment. Recent Pat Inflamm Allergy Drug Discov. 2018;12(2):110–119. doi: 10.2174/1872213X12666180221155908
  15. Compalati E, Incorvaia C, Cavaliere C, et al. The role of allergoids in allergen immunotherapy: from injective to sublingual route. Eur Ann Allergy Clin Immunol. 2020;52(5):195–204. doi: 10.23822/EurAnnACI.1764-1489.142
  16. Khaitov M, Shilovskiy I, Valenta R, et al. Recombinant PreS-fusion protein vaccine for birch pollen and apple allergy. Allergy. 2024;79(4):1001–1017. doi: 10.1111/all.15919
  17. Niederberger V, Neubauer A, Gevaert P, et al. Safety and efficacy of immunotherapy with the recombinant B-cell epitope-based grass pollen vaccine BM32. J Allergy Clin Immunol. 2018;142(2):497–509.e9. doi: 10.1016/j.jaci.2017.09.052
  18. Sommer J, Smith M, Sikoparija B, et al. Risk of exposure to airborne Ambrosia pollen from local and distant sources in Europe – an example from Denmark. Ann Agric Environ Med. 2015;22(4):625–631. doi: 10.5604/12321966.1185764
  19. Nenasheva NM, Migacheva NB, Astafieva NG, Belyaeva TV. Frequency, clinical and diagnostic features of ragveed allergy in patients living in various regions of the russian federation. Practical Аllergology. 2022;2:21–33. (In Russ.) doi: 10.46393/27129667_2022_2_21
  20. Bullock JM, Chapman D, Schafer S, et al. Assessing and controlling the spread and the effects of common ragweed in Europe. Final report: ENV.B2/ETU/2010/0037. 2011:456 [cited 2024 May 31]. Available from: https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/4a633a9e-5da6-404b-8082-b0e4be4b39f1.
  21. Gergen PJ, Arbes SJ Jr, Calatroni A, et al. Total IgE levels and asthma prevalence in the US population: results from the National Health and Nutrition Examination Survey 2005–2006. J Allergy Clin Immunol. 2009;124(3):447–453. doi: 10.1016/j.jaci.2009.06.011
  22. Burbach GJ, Heinzerling LM, Röhnelt C, et al. GA(2)LEN study. Ragweed sensitization in Europe – GA(2)LEN study suggests increasing prevalence. Allergy. 2009;64(4):664–665. doi: 10.1111/j.1398-9995.2009.01975.x
  23. Dorofeeva Y, Shilovskiy I, Tulaeva I, et al. Past, present, and future of allergen immunotherapy vaccines. Allergy. 2020;76(1):131–149. doi: 10.1111/all.14300
  24. Gieras A, Focke-Tejkl M, Ball T, et al. Molecular determinants of allergen-induced effector cell degranulation. J Allergy Clin Immunol. 2007;119(2):384–390. doi: 10.1016/j.jaci.2006.09.034
  25. Valenta R, Karaulov A, Niederberger V, et al. Allergen extracts for in vivo diagnosis and treatment of allergy: is there a future? J Allergy Clin. Immunol. Pract. 2018;6(6):1845–1855.e2. doi: 10.1016/j.jaip.2018.08.032
  26. Brazhnikov G, Smolnikov E, Litovkina A, et al. Natural human Bet v 1-specific IgG antibodies recognize non-conformational epitopes whereas IgE reacts with conformational epitopes. Allergy. 2023;78(12):3136–3153. doi: 10.1111/all.15865
  27. Schulmeister U, Hochwallner H, Swoboda I, et al. Cloning, expression, and mapping of allergenic determinants of alphaS1-casein, a major cow’s milk allergen. J Immunol. 2009;182(11):7019–7029. doi: 10.4049/jimmunol.0712366
  28. Elisyutina OG, Shershakova NN, Smirnov VV, et al. New approaches to allergen-specific immunotherapy (ASIT): development of a recombinant vaccine against birch pollen allergy. Immunologiya. 2022;43(6):621–631. (In Russ). doi: 10.33029/0206-4952-2022-42-6-621-631
  29. Linhart B, Narayanan M, Focke-Tejkl M, et al. Prophylactic and therapeutic vaccination with carrier-bound Bet v 1 peptides lacking allergen-specific T cell epitopes reduces Bet v 1-specific T cell responses via blocking antibodies in a murine model for birch pollen allergy. Clin Exp Allergy. 2014;44(2):278–287. doi: 10.1111/cea.12216
  30. Ferreira F, Bohle B, Jahn-Schmid B, et al. Peptides derived from the major allergen of ragweed (Ambrosia artemisiifolia) and uses thereof. European patent EP 1958645A1. 2007, Feb 13.
  31. Nandy A, Augustin S, Wald M, et al. Recombinant Major Ragweed Allergen Amb a 1: Physicochemical Characterization and Immunologic Comparison of Five Recombinant Ragweed Isoallergens Amb a 1.01 to Amb a 1.05. J Allergy Clin Immunol. 2013;131(2):AB16. doi: 10.1016/j.jaci.2012.12.736
  32. Bernstein DI, Segall N, Nayak A, et al. Safety and Efficacy of the Novel Vaccine TOLAMBA™ in Ragweed Allergic Adults, a Dose Finding Study. J Allergy Clin Immunol. 2007;119(1):S78–S79. doi: 10.1016/j.jaci.2006.11.332
  33. Wopfner N, Jahn-Schmid B, Schmidt G, et al. The alpha and beta subchain of Amb a 1, the major ragweed-pollen allergen show divergent reactivity at the IgE and T-cell level. Mol Immunol. 2009;46(10):2090–2097. doi: 10.1016/j.molimm.2009.02.005
  34. Wolf M, Twaroch TE, Huber S, et al. Amb a 1 isoforms: Unequal siblings with distinct immunological features. Allergy. 2017;72(12):1874–1882. doi: 10.1111/all.13196
  35. Zahirović A, Štrukelj B, Korošec P, Lunder M. Epitope Mapping of Major Ragweed Allergen Amb a 1. Acta Chim Slov. 2019;66(1):37–44. doi: 10.17344/acsi.2018.4516
  36. Jahn-Schmid B, Wopfner N, Hubinger G, et al. The T-cell response to Amb a 1 is characterized by 3 dominant epitopes and multiple MHC restriction elements. J Allergy Clin Immunol. 2010;126(5):1068–1071, 1071.e1-2. doi: 10.1016/j.jaci.2010.05.038
  37. Bouley J, Groeme R, Le Mignon M, et al. Identification of the cysteine protease Amb a 11 as a novel major allergen from short ragweed. J Allergy Clin Immunol. 2015;136(4):1055–1064. doi: 10.1016/j.jaci.2015.03.001
  38. Tamaș TP, Buzan MR, Zbircea LE, et al. Ragweed Major Allergen Amb a 11 Recombinant Production and Clinical Implications. Biomolecules. 2023;13(1):182. doi: 10.3390/biom13010182
  39. Moten D, Kolchakova D, Todorov K, et al. Design of an Epitope-Based Peptide Vaccine Against the Major Allergen Amb a 11 Using Immunoinformatic Approaches. Protein J. 2022;41(2):315–326. doi: 10.1007/s10930-022-10050-z
  40. Groeme R, Airouche S, Kopecny D, et al. Structural and Functional Characterization of the Major Allergen Amb a 11 from Short Ragweed Pollen. J Biol Chem. 2016;291(25):13076–13087. doi: 10.1074/jbc.M115.702001
  41. Tulaeva I, Kratzer B, Campana R, et al. Preventive Allergen-Specific Vaccination Against Allergy: Mission Possible? Front Immunol. 2020;11:1368. doi: 10.3389/fimmu.2020.01368
  42. Kurbacheva OM, Pavlova KS. Allergen-specific immunotherapy: modern possibilities. Asthma and Allergy. 2015;(3):16–20. (In Russ).
  43. Valenta R, Kraft D. Recombinant allergen molecules: Tools to study effector cell activation. Immunol Rev. 2001;179(1):119–127. doi: 10.1034/j.1600-065x.2001.790112.x

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Pharmarus Print Media

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».