@phdthesis{Muhammad2009,
  author    = {Muhammad, Khalid},
  title     = {Longterm impact of anti-CD20 mediated transient B cell depletion on memory B cells in patients with rheumatoid arthritis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36319},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {B-Lymphozyten leisten unterschiedliche Beitr{\"a}ge zur Pathophysiologie der Rheumatoiden Arthritis. Sie produzieren Autoantik{\"o}rper, pr{\"a}sentieren Autoantigene und sch{\"u}tten verschiedene Zytokine, die am proinflammatorischen Prozess beteiligt sind, aus. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurden in den letzten Jahren Therapien entwickelt, die gezielt B-Lymphozyten ansteuern um direkt oder indirekt in den autoimmunen Krankheitsverlauf einzugreifen. Die zeitlich begrenzte B-Zell-Depletion mit Rituximab (anti CD20-Antik{\"o}rper) hat dabei in den letzten Jahren einen hohen Stellenwert erlangt und wird im klinischen Alltag insbesondere bei der Behandlung von Patienten mit rheumatoider Arthritis angewandt. Rituximab induziert im peripheren Blut bemerkenswerte Ver{\"a}nderungen in der Hom{\"o}ostase der B-Zell-Subpopulationen. Nach Therapie mit dem anti-CD20 Antik{\"o}rper Rituximab beginnt die Repletionsphase mit der peripheren Aussaat von transitionalen unreifen B-Zellen. Im weiteren Verlauf kommt es zu einer Normalisierung des naiven B-Zell-Pools. Das B-Zell Ged{\"a}chtnis und in besonderem Maße die IgD+CD27+ Ged{\"a}chtniszellen erholen sich nach Therapie nur langsam. In einer prospektiven klinischen Studie hat unsere Arbeitsgruppe gezeigt, dass die Gesamtzahl der Ged{\"a}chtniszellen gut mit der Dauer der klinischen Antwort auf Rituximab korreliert. Es ist wenig {\"u}ber die speziellen molekularen Ver{\"a}nderungen innerhalb der Ged{\"a}chtnis B-Zellen nach Rituximab Therapie bekannt. Um die Ver{\"a}nderungen im peripheren Blut zu verstehen untersuchten wir die somatische Mutationsfrequenz und das Muster der Ig-VH3 Gen Rearrangements, indem wir pr{\"a}- und posttherapeutisch bei 18 Patienten einzelne B-Zellen isolierten und den individuellen B-Zellrezeptor durch eine Einzelzell RT-PCR amplifizierten und sequenzierten. Wir verglichen das Mutationsmuster nach erfolgreicher B-Zelldepletion in den neu rezirkulierenden Ged{\"a}chtnis B-Zellen mit dem Mutationsmuster von vier Gesunden Blutspendern und sechs nicht-RA Patienten, die eine Hochdosis Chemotherapie mit anschließender autologer oder allogener Stammzelltransplantation erhalten hatten. Zun{\"a}chst haben wir die Zusammensetzung der Ged{\"a}chtniszellen im peripheren Blut analysiert. Der Ph{\"a}notyp der peripheren pr{\"a}-switch (IgD+CD27+) und post-switch (IgD-CD27+) Ged{\"a}chtniszellen zeigte keine quantitativen Unterschiede in RA-Patienten im Vergleich zu Gesunden. Bei der direkten Analyse des B-Zell Immunglobulin Rezeptors fanden sich jedoch zwischen klassengeswitchten und ungeswitchten Ged{\"a}chtnis B-Zellen signifikante Unterschiede in der Anzahl der Mutationen in der variablen Region der Ig Rezeptors. Die Population der IgD+CD27+ Ged{\"a}chtniszellen beinhaltete sowohl nicht mutierte, wenig mutierte und stark mutierte (Median= 9 Mutationen pro Sequenz) rearrangierte Ig- Rezeptoren, wohingegen die IgD-CD27+ Ged{\"a}chtniszellen einen durchgehend hoch mutierten (Median = 18 Mutationen pro Sequenz) Rezeptor aufwiesen. Der Unterschied zwischen beiden Gruppen war signifikant (Mutationsfrequenzen 3.83±0.19\% vs. 7.1±0.53\%; P=0.0001). Grundlegende Ver{\"a}nderungen wurden bei den rezirkulierenden ungeswitchten Ged{\"a}chtniszellen (IgD+CD27+) nach vor{\"u}bergehender B-Zell Depletion mit Rituximab festgestellt. Diese Zellen wurden bis 6 Jahre nach Rituximab beobachtet und zeigten eine stark verz{\"o}gerte Zunahme an Mutationen im Ig-Rezeptor. Ein Jahr nach einmaliger Gabe von Rituximab waren 84\% der einzelnen zirkulierenden IgD+/CD27+ B-Zellen unmutiert. Zu diesem Zeitpunkt fanden sich keine stark mutierten Ig-VH3 Gen Rearrangements (P=0.0001). Mit zunehmendem Abstand zur B-Zell depletierenden Therapie konnten in der Repopulationsphase zunehmende Zahlen an Mutationen in den B-Zell Ig Rezeptoren festgestellt werden. Beispielsweise waren w{\"a}hrend des 2. Jahres der Regeneration (P=0.0001) 7.8\%, sowie nach 4 Jahren nur 14\% der Ig Rezeptoren mutiert. Sogar 6 Jahre nach Behandlung, waren VH Mutationen in IgD+ Ged{\"a}chtniszellen noch deutlich vermindert. Selbst nach dieser Zeit fanden sich in der pr{\"a}-switch Ged{\"a}chtnispopulation nur 27\% hochmutierte Sequenzen w{\"a}hrend vor der passageren B-Zelldepletion 52\% ein hohe Zahl an Mutationen trugen (P=0.0001). Die posttherapeutische Analyse der CDR3 L{\"a}nge der regenerierten IgD+ Ged{\"a}chtniszellen ergab eine erh{\"o}hte CDR3 L{\"a}nge, die signifikant mit der Anzahl der nicht mutierten VH Genrearrangements w{\"a}hrend der Repletionsphase korreliert. Interessanterweise regenerierten Patienten nach Hochdosis Chemotherapie und allogener Stammzelltransplantation ihre IgD+ Ged{\"a}chtniszellen mit einer deutlich h{\"o}heren Anzahl an Mutationen. Ein Jahr nach Transplantation zeigten die Ig Rezeptoren schon 22\% hoch mutierte und 42\% unmutierte VH Rearrangements. Das zeigt, dass eine gegen CD20 gerichtete Behandlung nicht nur eine Verz{\"o}gerung der Produktion der ungeswitchten Ged{\"a}chtniszellen zur Folge hat, sondern dar{\"u}ber hinaus einen signifikanten Effekt auf die Mutationsrate im pr{\"a}switch Ged{\"a}chtnis B-Zellpool besitzt. Im Gegensatz zum Mutationsmuster der IgD+ Ged{\"a}chtniszellen regenerierten die klassengeswitchten Ged{\"a}chtniszellen nach anti-CD20 Depletion im peripheren Blut mit quantitativ normalen Mutationen im Ig Rezeptor. Interessanterweise fand sich allerdings eine {\"A}nderung der exprimierten Isotypen mit deutlicher Dominanz IgA exprimierender B Zellen. Weitere Analysen der klassengeswitchten Ged{\"a}chtnis B-Zellen zeigen außerdem eine Therapie induzierte qualitative Ver{\"a}nderung dieses B-Zellpools. So waren posttherapeutisch die Mutationen in bestimmten T-Zell abh{\"a}ngigen Mutationshotspots, dem RGYW/WRCY Motiv, signifikant vermehrt (Mutationstargeting vor Therapie 27\% vs. 43\% nach Rituximab, P=0.0003). Dies weist darauf hin, dass die Mechanismen der Affinit{\"a}tsreifung im klassengeswitchten B-Zellged{\"a}chtnis vor und nach B-Zelldepletion unterschiedlich funktionieren. Der Mutationsmechanismus selbst ist allerdings in diesen Zellen quantitativ nicht eingeschr{\"a}nkt. Zusammenfassend zeigt unsere Arbeit zum erstem mal, dass es nach einer passageren B-Zelldepletion mit anti-CD20 Antik{\"o}rpern zu einer {\"u}ber Jahre hinweg nachweisbaren ausgepr{\"a}gten Verz{\"o}gerung in der Aquisition von somatischen Mutationen in rearrangierten VH Genen der IgD+ Ged{\"a}chtniszellen kommt. Demgegen{\"u}ber erholt sich das klassengeswitchte B-Zellged{\"a}chtnis mit uneingeschr{\"a}nkter Zahl von Mutationen im Ig Rezeptor. Diese Resultate zeigen, dass anti-CD20 gerichtete Therapien in besonderem Maße IgD+ Ged{\"a}chtniszellen beeinflussen. Der Selektionsdruck durch Antigene und/oder die Selektion der Ig Rezeptoren erscheint unter diesen Bedingungen speziell bei IgD-Ged{\"a}chtnis B-Zellen reduziert. Die Daten unterst{\"u}tzen die Hypothese, dass pr{\"a}-switch Ged{\"a}chtnis B-Zellen im Vergleich zu post-switch Ged{\"a}chtnis B-Zellen andere Bedingungen f{\"u}r die Aktivierung der Mutationsmaschinerie ben{\"o}tigen. Die Resultate er{\"o}ffnen neue Wege f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis der Pathophysiologie der B-Zell Ged{\"a}chtnisentwicklung und k{\"o}nnen helfen neue zielgerichtete Therapien zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen zu konzipieren.},
  subject      = {Rheumatoider arthritis},
  language  = {en}
}