Celiac disease is a pathologic immune reaction to ingested gluten and it is characterized by gliadin-specific T lymphocytes and the production of disease-specific autoantibodies against the enzyme type-2 transglutaminase (TG2). In our work we identified the main celiac epitope of TG2, which is conformational and located at the surface of the enzyme where amino acids from three domains of TG2 are close to each other. The epitope is related to one of the Ca2+ -binding site of the enzyme, but the Ca2+ itself is not involved in the composition of the epitope and in the binding of celiac serum antibodies. Core domain Glu153 and N-terminal domain Arg19 determine the celiac epitope which is accessible both in the closed and open conformation of the protein. Met659 on the C-terminal domain and Glu154 can cooperate in antibody binding. The epitope is relevant and accessible also under tissue conditions when TG2 in bound to fibronectin and was crucial also for coeliac antibodies isolated from tissues or passively transferred to newborns from celiac mothers. Using patient-derived monoclonal single chain antibody fragments we proved in competition experiments that the identified amino acids form one common main epitope. Serum samples from patients with other autoimmune diseases (systemic lupus erythematosus, Sjögren’s syndrome, rheumatoid arthritis) contained anti-TG2 antibodies for which this epitope was not important and showed a clearly different binding pattern to mutants with altered celiac epitope. This indicates that the epitope characterized in this study is celiac disease specific. Our findings also show that the main epitope of TG2 is an antigen already in the early (latent) stage of the disease. Monoclonal mouse antibodies with partially overlapping epitope specificity released celiac antibodies from patient tissues but did not alter the enzymatic activity of TG2 and did not cause similar harmful biological effects in cell culture experiments as celiac antibodies. Such antibodies might have a therapeutic potential. We found that there is a possible structural homology between deamidated gliadin peptides (DGP) and TG2; moreover, non-celiac monoclonal TG2-specific antibodies can recognize DGP. However, according to competition studies celiac IgA also contain additional antibody clones to DGP epitopes that are different from TG2. Identification of the binding site celiac antibodies allows the development of even more specific diagnostic tests and interference with celiac antibody binding might offer some additional therapeutic benefit. The three dimensional homology of DGP and TG2 suggests that molecular mimicry can be an important factor in celiac disease pathogenesis.

A coeliakia a vékonybél leggyakoribb krónikus autoimmun betegsége, amely a klinikailag fogékony egyénekben változatos módon manifesztálódhat. A betegség folyamán autoantitestek termelődnek a transzglutamináz 2 (TG2) enzim ellen. Munkánk során azonosítottuk a TG2 fő coeliákiás epitópját, amely konformációs, és az enzim három különböző doménjén, térben egymáshoz közel elhelyezkedő felszíni aminosavai alkotják. Az epitóp kapcsolatban áll az enzim Ca2+-kötő helyeivel, de maga a Ca2+ ion nem része az epitópnak. A core doménen található Glu153 és az N-terminális doménen elhelyezkedő Arg19 határozzák meg kötőhelyet, amely az enzim “csukott” és “nyitott” konformációjában is elérhető az antitestek számára. Az C-terminális doménen lokalizálódó Met659 és Glu154 szintén részt vehet az antitest-kötésben. Az epitóp fontosnak bizonyult attól függetlenül, milyen környezetben jön létre az antigén-antitest kötődés: az enzim szilárd fázishoz kötött, liquid fázisban található vagy fibronektinhez kapcsolt. Az általunk vizsgált szérum eredetű poliklonális, vékonybél biopsziából klónozott monoklonális, szövetekhez kötött és anyából magzatba átjutó coeliákiás antitestek esetében is ez az epitóp volt meghatározó. A betegekből klónozott egyláncú variábilis antitest fragmentek kompetíciós vizsgálatával igazoltuk, hogy a fenti aminosavak egy közös epitópot alkotnak. Különböző más autoimmun betegségekben (szisztémás lupus erythematosus, Sjögren szindróma, rheumatoid arthritis) szenvedő nem coeliákiás betegek antitestei eltérő kötődési mintázatot mutattak a megváltoztatott kötőhelyű mutáns enzimekhez, mint a coeliákiás antitestek, amely arra enged következtetni, hogy az epitóp betegség-specifikus. Ezen kívül bizonyítottuk, hogy ugyanerre az epitópra kötődnek a betegség kezdetekor a látens fázisban lévő betegek antitestei is. Az epitóp egyik részéhez kötődő TG2-specifikus egér monoklonális antitestek képesek leszorítani a szövetekben megkötődött coeliákiás antitesteket in vitro körülmények között, ugyanakkor a TG2 transzamidáló aktivitását nem befolyásolják. Sejtkultúrákban végzett vizsgálatok alapján az is elmondható, hogy ezen monoklonális antitesteknek nincs a coeliákiás antitestekhez hasonló káros hatása, így ezen antitestek, mint specifikus kompetitorok terápiás alkalmazása is felmerül. Vizsgálataink során lehetséges szerkezeti homológiát találtunk a TG2 enzim és a deamidált gliadin peptidek (DGP) között, valamint TG2-specifikus monoklonális antitestek képesek a DGP felismerésére is. Azonban kompetíciós mérések alapján megállapítható, hogy a coeliákiás antitestek a TG2-től eltérő DGP epitópokat is felismernek.