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Il peptide 33-mer — perché è un riferimento fondamentale

by luciano

(approfondimento 2 di Potenziale genetico e condizioni di processo nella determinazione della forza del glutine, della digeribilità e dell’immunogenicità)

Il peptide 33-mer (sequenza LQLQPFPQPQLPYPQPQLPYPQPQLPYPQPQPF) è riconosciuto come uno dei peptidi più resistenti alla digestione gastro-intestinale derivati dalle proteine del glutine e come uno dei principali stimolatori delle cellule T nel contesto della celiachia.
La sua importanza deriva da tre caratteristiche chiave:

1 – Resistenza enzimatica: la sua ricchezza in prolina e glutammina lo rende molto resistente agli enzimi digestivi umani (pepsina, tripsina, chimotripsina), permettendogli di persistere nel lume intestinale dopo la digestione in vitro e in vivo. (Nature)
2 – Immunogenicità elevata: contiene diverse porzioni (epitopi) riconosciute dalle cellule T dei pazienti celiaci, ed è stato tra i primi peptide identificati con questa caratteristica. (PubMed)
3 -Presenza nei frumenti più comuni: è presente nella maggior parte dei frumenti tetraploidi comuni (T. aestivum) e nella spelta, ma viene riportato assente nei tetraploidi/diploidi privi di D-genoma (come il grano duro, emmer e monococco). (ResearchGate)
Per questi motivi, il 33-mer è spesso utilizzato come marcatore per la valutazione della “immunogenicità da glutine” di farine/prodotti e per confrontare cultivar di frumento nell’ambito della ricerca sulla risposta immunitaria.

Risultati chiave degli studi sul 33-mer.
1 -Shan et al. (2002) — Identificazione e immunogenicità del 33-mer.Titolo: A resistant peptide from gliadin that is a potent activator of intestinal T cells in celiac disease. Autori: Shan L., Molberg Ø., Parrot I., Hausch F., Filiz F., Gray G.M., Sollid L.M., Khosla C. Pubblicato in: Science (2002). DOI: 10.1126/science.1074624
Risultato fondamentale: questo lavoro classico ha isolato e caratterizzato il peptide 33-mer come uno dei più potenti attivatori di cellule T nei pazienti celiaci e ha dimostrato che è estremamente resistente alla digestione proteolitica standard, confermando la sua rilevanza immunogenica. (PubMed)

2 -Vader et al. (2002) — Struttura e epitopi del 33-mer. Titolo: Structural basis for gluten intolerance in celiac sprue. Autori: Vader W., Stepniak D., Bunnik E., et al. Pubblicato in: Journal of Experimental Medicine (2002) DOI: 10.1084/jem.20020609
Risultato fondamentale: mappatura dei principali epitopi immunogenici presenti nelle gliadine, mostrando perché sequenze come il 33-mer — con epitopi multipli e sovrapposti — risultano così “attive” nel contesto immunitario. (d-nb.info)

3 -Schalk et al. (2017) — Quantificazione e distribuzione del 33-mer nei frumenti. Titolo: Quantitation of the immunodominant 33-mer peptide from α-gliadin in wheat flours by liquid chromatography tandem mass spectrometry. Autori: Kathrin Schalk, Christina Lang, Herbert Wieser, Peter Koehler & Katharina Anne Scherf. Pubblicato in: Scientific Reports (2017) DOI: 10.1038/srep45092 (Nature)
Questo studio ha misurato il contenuto del 33-mer in un ampio insieme di campioni di farine (moderne e antiche) usando un metodo mirato (SIDA + LC-MS/MS), contribuendo con dati importanti alla nostra comprensione della variabilità di questo peptide nello spettro dei genotipi di frumento.

Risultati specifici da Schalk et al. (2017)
Panoramica generale:

Il 33-mer è stato rilevato in tutte le farine di frumento comune (hexaploide, Triticum aestivum) e spelta analizzate.
I valori rilevati variavano approssimativamente da 90,9 μg/g a 602,6 μg/g di farina.
Invece non è stato rilevato (< limite di rivelabilità) nei cereali privi del D-genoma come grano duro, emmer ed einkorn (monococco), coerente con l’assenza di α2-gliadine che codificano questo peptide. (ResearchGate)
Interpretazione: la variabilità osservata indica che, anche all’interno dei frumenti più “simili” dal punto di vista tassonomico, la quantità di peptide 33-mer può variare considerevolmente, suggerendo che genotipo e variazione di cultivar influiscono in modo concreto sul contenuto di peptidi immunogenici legati alla celiachia.

Altri studi collegati e complementarietà
✔ Norwig et al. (2024) — confermano come il 33-mer sia presente in tutti i frumenti comuni e spelta analizzati, rafforzando il valore del focus su questo peptide nella letteratura peptidomica legata al glutine. (ACS Publications)

✔ Approcci proteomici più ampi (peptidomica) mostrano che il 33-mer è solo uno dei peptidi immunogenici che possono persistere dopo digestione, ma rimane un marcatore robusto per confronto tra genotipi e processi tecnici (fermentazione, cottura, ecc.). (ScienceDirect)

Box esplicativo: risultati principali di Schalk et al. (2017)
Contenuto del peptide 33-mer (μg/g di farina) nei frumenti analizzati
Lo studio ha mostrato che il peptide 33-mer è presente in tutte le farine di frumento comune e spelta analizzate con i seguenti caratteristiche: (Nature)

Valore minimo osservato: ~90,9 μg/g di farina
Valore massimo osservato: ~602,6 μg/g di farina
Distribuzione: la maggior parte dei campioni si colloca nel range 200–400 μg/g
Assenza: il peptide non è stato rilevato in Triticum durum (grano duro), T. turgidum dicoccum (emmer) e T. monococcum (monococco), probabilmente per l’assenza dell’α2-gliadina D-genomica. (ResearchGate)

Perché questa sottosezione rende il quadro completo e leggibile
✅ Partendo da un concetto biologico chiaro (resistenza + immunogenicità), questa sottosezione collega:

a – meccanismi molecolari (epitopi multipli nel peptide),
b – evidenze sperimentali classiche,
c – dati quantitativi reali su cultivar diverse,
d – coerenza con la variabilità osservata in studi più ampi (peptidomica).

Questo fornisce al lettore un quadro solido per comprendere non solo che il 33-mer esiste, ma perché la sua presenza/quantità varia tra grani e perché conta per la digestione e la risposta immunitaria.

Quantificazione del 33-mer presente nell’alfa gliadina del grano

by luciano

Nel grano sono presenti molteplici frazioni in grado di attivare la risposta avversa del sistema immunitario dell’uomo. Tra queste frazioni la più attiva è quella chiamata 33-mer perché è quella più resistente alla digestione umana e perché contiene sei copie dei tre epitopi tossici e i suoi legami intermolecolari sono molto forti.

E’ rilevante conoscere, dunque, la quantità di questa frazione nei grani. Lo studio di cui vengono riportate alcune parti, ha esaminato 57 tipi differenti di grano, antico e moderno, rilevando come sia ampia la differenza della presenza, in tutte le farine di grano tenero e farro spelta, del 33-mer: da 90,9 a 602,6 μg / g di farina. Non è stata, invece, rilevata la sua presenza nel grano monococco e nel grano duro. Questi risultati assumono grande importanza perché consentono di poter scegliere grani con limitata o nulla presenza di questa importante frazione tossica per la realizzazione di prodotti che siano più idonei per le persone sensibili al glutine non celiache o che soffrano di disordini da glutine.

“All gluten protein fractions, namely the alcohol-soluble prolamins and the insoluble glutelins, contain CD-active epitopes3. The prolamin fraction is particularly rich in proline and glutamine and the numerous proline residues lead to a high resistance to complete proteolytic digestion by human gastric, pancreatic, and brushborder enzymes. Studies by Shan et al. (2002) showed that a large 33-mer peptide (LQLQPFPQPQLPYPQPQLPYPQPQLPYPQPQPF) from α2-gliadin (position in the amino acid sequence of α2-gliadin: 56–88) is resistant to cleavage by intestinal peptidases4,5. The 33-mer is widely called the most immunodominant gluten peptide4,6,7, because it contains three overlapping T-cell epitopes, namely PFPQPQLPY (DQ2.5-glia-α1a, one copy), PYPQPQLPY (DQ2.5-glia-α1b, two copies) and PQPQLPYPQ (DQ2.5-glia-α2, three copies)3, which result in the initiation of a strong immune response.

Grano Monococco, dicocco e grano duro

by luciano

Grano Monococco, dicocco e grano duro: non hanno la frazione “33mer” considerata la più attiva nell’attivare la risposta avversa del sistema immunitario nei soggetti celiaci. Anche per questo motivo sono i genotipi più adatti per le ricerche che hanno come scopo di “detossificare” le farine o di intervenire con particolari enzimi per idrolizzare i “peptidi tossici” comunque presenti; sono più adatti anche per i soggetti sensibili al glutine NON celiaci.

“Quantitation of the immunodominant 33-mer peptide from α-gliadin in wheat flours by liquid chromatography tandem mass spectrometry.

Kathrin Schalk , Christina Lang , Herbert Wieser , Peter Koehler  & Katharina Anne Scherf. Scientific Reports volume 7, Article number: 45092 (2017).

Abstract

Coeliac disease (CD) is triggered by the ingestion of gluten proteins from wheat, rye, and barley. The 33-mer peptide from α2-gliadin has frequently been described as the most important CD-immunogenic sequence within gluten. However, from more than 890 published amino acid sequences of α-gliadins, only 19 sequences contain the 33-mer. In order to make a precise assessment of the importance of the 33-mer, it is necessary to elucidate which wheat species and cultivars contain the peptide and at which concentrations. This paper presents the development of a stable isotope dilution assay followed by liquid chromatography tandem mass spectrometry to quantitate the 33-mer in flours of 23 hexaploid modern and 15 old common (bread) wheat as well as two spelt cultivars. All flours contained the 33-mer peptide at levels ranging from 91–603 μg/g flour. In contrast, the 33-mer was absent (<limit of detection) from tetra- and diploid species (durum wheat, emmer, einkorn), most likely because of the absence of the D-genome, which encodes α2-gliadins. Due to the presence of the 33-mer in all common wheat and spelt flours analysed here, the special focus in the literature on this most immunodominant peptide seems to be justified……Omissis…..

Analysis of durum wheat, emmer and einkorn

The 33-mer peptide was also analysed in two durum wheat and two emmer cultivars (genome AABB) as well as two diploid einkorn cultivars (genome AA) (Table 1). In each of these wheat species, the 33-mer was not detected (<LOD). In comparison to hexaploid common wheat, durum wheat, emmer, and einkorn do not contain the D-genome, which originated from hybridisation of T. turgidum dicoccum (genome AABB) with Aegilops tauschii (genome DD)36. The absence of the 33-mer peptide can be explained by the fact that this peptide is encoded by genes located in the Gli-2 locus on chromosome 6D, which is missing in durum wheat, emmer, and einkorn. Studies by Molberg et al. showed clear variations in intestinal T-cell responses between common wheat and tetra- or diploid species due to different degrees of T-cell immunoreactivity between the gluten proteins encoded on the A-, B-, and D-genome. Einkorn cultivars were only recognized by DQ2.5-glia-α1a-specific T-cell clones, but not by DQ2.5-glia-α1b- and DQ2.5-glia-α2-specific T-cell clones. Emmer and durum wheat cultivars were all recognized by DQ2.5-glia-α1a-specific T-cell clones, but only two out of four emmer cultivars and three out of ten durum wheat cultivars activated DQ2.5-glia-α1b- and DQ2.5-glia-α2-specific T-cell clones37. Consistent with our results, Prandi et al.38 found that the 33-mer was not present in durum wheat. As a consequence, this peptide was used as a marker peptide to identify the presence of common wheat in durum wheat flours. One durum wheat cultivar was also analysed by van den Broeck et al.33 and the 33-mer peptide was not detected either”. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.it