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B cell maturation and immunoglobulin (Ig) repertoire selection are governed by expression of a functional B cell receptor (BCR). Naïve B cells co-express their BCR as IgM and IgD isotype. However, the role of the additionally expressed IgD on naïve B cells is not known. Here we assessed the impact of IgD on naïve B cell maturation and Ig repertoire selection in 8 individuals from 3 different families with heterozygous loss-of-function or loss-of expression mutations in IGHD. Although naïve B cells from these individuals expressed IgM on their surface, the IGHD variant in heterozygous state entailed a chimeric situation by allelic exclusion with almost half of the naïve B cell population lacking surface IgD expression. Flow cytometric analyses revealed a distinct phenotype of IgD-negative naïve B cells with decreased expression of CD19, CD20 and CD21 as well as lower BAFF-R and integrin-β7 expression. IgD-negative B cells were less responsive in vitro after engaging the IgM-BCR, TLR7/9 or CD40 pathway. Additionally, a selective disadvantage of IgD-negative B cells within the T2 transitional and mature naïve B cell compartment as well as reduced frequencies of IgMlo/- B cells within the mature naïve B cell compartment lacking IgD were evident. RNA-Ig-seq of bulk sorted B cell populations showed an altered selection of distinct VH segments in the IgD-negative mature naïve B cell population. We conclude that IgD expression on human naïve B cells is redundant for generation of naïve B cells in general, but further shapes the naive B cell compartment starting from T2 transitional B cells. Our observations suggest an unexpected role of IgD expression to be critical for selection of distinct Ig VH segments into the pre-immune Ig repertoire and for the survival of IgMlo/- naïve B cells known to be enriched in poly-/autoreactive B cell clones.
Die Expression eines funktionsfähigen BZR ist essentiell für die Entwicklung und Differenzierung von B-Zellen, für deren Toleranzinduktion und Sekretion protektiver Antikörper.
Genetisch bedingte Defekte im BZR-Signaltransduktionsweg liegen den primären Immundefekten mit vorwiegendem Antikörpermangel („humoraler Immundefekt“) zu Grunde. Naive B-Zellen in der Peripherie exprimieren den BZR als zwei Isotypen (IgM und IgD), wohingegen unreife B-Zellen im Knochenmark nur IgM exprimieren. Die Bedeutung für diese differentielle IgM/IgD-Expression ist nicht bekannt. Es wird jedoch der Expression von IgD eine Rolle in der Generierung hochaffiner Antikörper und in der Regulation von B-Zell Toleranz zugeschrieben.
In dieser Arbeit wurden die Familienmitglieder einer Indexpatientin klinisch, immunologisch und genetisch charakterisiert. Bei der Indexpatientin wurde ein Immundefekt im Sinne eines CVID diagnostiziert. Es zeigte sich eine auffällige Expression von IgD auf naiven B-Zellen, zudem konnte eine Variante in dem für IgD kodierenden IGHD-Gen nachgewiesen werden.
Es konnte keine Korrelation zwischen dem Auftreten des Immundefektes und der p.Pro6Leu IGHD-Variante nachgewiesen werden. Ebenso zeigte sich bei den Trägern der IGHD-Variante kein Hinweis auf eine Störung der B-Zell Differenzierung oder ein Defekt der spezifischen Antikörperproduktion. Somit scheint die untersuchte p.Pro6Leu IGHD-Variante nicht ursächlich für den klinischen und immunologischen Phänotyp der Indexpatientin zu sein. Inwieweit die Variante ein relatives Risiko für die Entwicklung eines CVID darstellt, kann aus der Untersuchung der Familie nicht beurteilt werden und müsste in einer größeren CVID-Kohorte evaluiert werden.
Da aus Untersuchungen von transgenen/knock-out Mausmodellen eine Bedeutung von IgD für die Regulation der peripheren B-Zell Toleranz vermutet wird, nutzten wir in dieser Arbeit charakterisierte heterozygote Träger der IGHD-Variante als „genetisches Modell“ zur Analyse der Bedeutung von IgD für die Entwicklung des Immunglobulin-Repertoires naiver B-Zellen des Menschen. Die durch allelische Exklusion bedingte chimäre Situation der IgD-Expression naiver B-Zellen bei heterozygoten IGHD-Variantenträgern machte den direkten Vergleich zwischen IgD+ Wildtyp-Populationen und IgD- Mutante im gleichen Organismus möglich.
In den Untersuchungen des Immunglobulin-Repertoires von transitionalen und reifen, naiven B-Zellen in diesen Individuen zeigten sich jedoch keine wegweisenden Unterschiede zwischen IgD+ und IgD- Populationen. Insbesondere auch charakteristische Motive des Immunglobulin-Repertoires, die auf eine Autoreaktivität des kodierten Immunglobulins hin¬weisen (VH4-34 Gensegment, lange CDR3-Region, positive Ladung und Hydrophobizität der CDR3-Region) waren nicht unterschiedlich zwischen beiden Zellpopulationen.
Somit scheint entweder die Expression von IgD auf naiven B-Zellen beim Menschen keinen Einfluss auf die Immunglobulin-Repertoire Entwicklung und die Regulation der Toleranzinduktion zu haben oder die verwendete Methodik ist nicht sensitiv genug, um mögliche Auffälligkeiten zu detektieren.
Hier würde sich für zukünftige Untersuchungen des Immunglobulin-Repertoires eine Hochdurchsatzsequenzierung mittels next-generation sequencing und für die Analyse der Autoreaktivität die Expression und Reaktivitätstestung monoklonaler Antikörper aus individuellen B-Zellen anbieten.