Universität zu Köln

García Márquez, María Alejandra (2015). Characterization of four functionally distinct human B-cell subsets that are defined by the expression of CD21 and CD86. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

It is now recognized that B lymphocytes are phenotypically and functionally heterogeneous. In addition to their essential role as antibody producing B cells, they serve as antigen-presenting cells, contribute to immunoregulation and represent an important source of cytokines and chemokines. Although several subpopulations have been identified, a deeper understanding of the role of B cells in the pathophysiology of human diseases has been hampered by the lack of well-defined functional B-cell subsets. In this study, a comprehensive phenotypic and functional characterization of B cells defined by expression of CD21 and CD86, revealed four B-cell subpopulations with very distinct phenotypical and functional properties. CD21pos CD86low B-cell subset had a naïve, non-switched phenotype characterized by the absence of expression of costimulatory and memory markers. Additionally, it was characterized by low basal calcium and phosphorylation levels and robust response after B-cell receptor stimulation. Furthermore, when cultivated with autologous T cells they induced very low stimulation. The CD21pos CD86pos B-cell subset had an activated, non-switched-memory phenotype and moderated immunostimulatory capacity. The CD21low "exhausted" population described by others in several diseases could be partitioned in two subsets based on the expression of CD86. CD21low CD86pos B-cell subset had an activated, class-switched-memory phenotype, potent immunostimulatory capacity and impaired B-cell receptor signaling that was restored by synergistic stimulation with CD40 ligand. On the other hand, CD21low CD86neg B-cell subset was composed of functionally impaired B cells with features consistent of an anergic or exhausted state. Since striking differences were detected in the frequency of these subsets in several medical conditions, it appears that the homeostatic balance between these subpopulations could describe the functional state of the B-cell compartment. For instance, patients with traumatic fractures contained an increased percentage of CD21pos CD86pos B cells compared to healthy donors. Patients with active rheumatoid arthritis had a higher frequency of CD21pos CD86pos and CD21low CD86pos B cells. Patients with colorectal cancer revealed that CD21low CD86pos B cells were enriched within the tumor tissue compared to the peripheral blood of colorectal cancer patients and healthy controls. Taken together, the observation that the different B-cell subsets display distinct functional features and that the different subsets are associated with immune-related diseases suggests that a more specific targeting of B-cell subsets could represent a promising therapeutic strategy.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Inzwischen ist bekannt, dass B-Lymphozyten phänotypisch und funktional heterogen sind. Zusätzlich zu ihrer wesentlichen Funktion als Antikörper-produzierende B-Zellen, dienen sie als Antigen-präsentierende Zellen und regulieren Immunreaktionen, unter anderem durch die Sekretion von Cytokinen und Chemokinen. Obwohl bereits mehrere Subpopulationen identifiziert worden sind, ist ein tieferes Verständnis für die Rolle der B-Zellen in der Pathophysiologie bei menschlichen Erkrankungen durch einen Mangel an exakt definierten B-Zell-Subpopulationen behindert worden. In der vorliegenden Arbeit wurden vier B-Zell-Subpopulationen mit sehr verschiedenen phänotypischen und funktionellen Eigenschaften durch eine umfassende phänotypische und funktionierende Charakterisierung mittels Expression von CD21 und CD86 definiert. Die CD21pos CD86low B-Zell-Untergruppe zeigte einen naiven, IgD+ IgM+ Phänotyp, der durch die fehlende Expression von Costimulatorischen- und Gedächtnis-Markern charakterisiert war. Zusätzlich wies sie ein niedriges Calcium- und Phosphorilierungs-Niveau sowie eine starke Reaktion nach Stimulierung des B-Zellrezeptors auf. Darüber hinaus induzierte diese B-Zell-Untergruppe nur eine sehr langsame Aktivierung in autologen T-Zellen nach Cokultivierung. Die CD21pos CD86pos B-Zellen-Untergruppe zeigte einen aktivierten, IgD+ IgM+ CD27+ Gedächtnis-Phänotyp und eine moderate Fähigkeit zur Induktion einer T-Zellreaktion. Die CD21low Population, die in andere Untersuchungen in verschiedenen Erkrankungen als „ermüdet“ und wenig immunstimulatorisch beschrieben worden ist, konnte durch die unterschiedliche Expression von CD86 in zwei Untergruppen aufgeteilt werden. Die CD21low CD86pos B-Zell-Untergruppe zeigte einen aktivierten, IgD- IgM- CD27+ Gedächtnis-Phänotyp, eine starke immunangregende Fähigkeit und eine beeinträchtigte Reaktion des B-Zellrezeptors. Diese konnte jedoch durch die synergistische Stimulierung mit dem CD40-Liganden wieder hergestellt werden. Im Gegensatz dazu war die CD21low CD86neg B-Zellen-Untergruppe funktionell beeinträchtigt und wies Merkmale auf, die zu einem anergischen oder „ermüdeten“ Zustand passten. In der vorliegenden Arbeit wurden bemerkenswerte Unterschiede in der Frequenz dieser B-Zell-Subpopulation in verschiedenen Erkankungen fest gestellt. Dies lässt darauf schließen, dass die homöostatische Balance zwischen diesen Subpopulationen den funktionellen Zustand des gesamten B-Zell-Kompartiments definieren könnte. So hatten Patienten mit traumatischen Verletzungen beispielsweise einen erhöhten Prozentsatz an CD21pos CD86pos B-Zellen im Vergleich zu gesunden Spendern und Patienten mit rheumatischer Arthritis wiesen eine höhere Frequenz an CD21pos CD86pos und CD21low CD86pos B-Zellen auf. In Patienten mit Darmkrebs waren CD21low CD86pos B-Zellen im Tumorgewebe angereichert im Vergleich zu peripherem Blut von Darmkrebspatienten und gesunden Spendern. Zusammenfassend lässt sich fest halten, dass die verschiedenen B-Zell-Untergruppen unterschiedliche funktionelle Eigenschaften aufweisen, und dass sie eine Rolle in Autoimmun- und Krebserkankungen zu spielen scheinen. Dies legt den Schluss nahe, dass eine stärkere Fokussierung auf die spezifischen B-Zellen-Untergruppen eine viel versprechende therapeutische Strategie repräsentieren könnte. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code García Márquez, María Alejandra maria.garcia-marquez@uk-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-62589
Date:	19 June 2015
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Natural sciences and mathematics Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language B cells, B-cell subsets, immunology, English
Date of oral exam:	19 June 2015
Referee:	Name Academic Title Wunderlich, Thomas PD. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6258