[Truncated abstract] Human complement receptor 2 (CR2/CD21) is a cell surface glycoprotein detected on specific cells involved in immunity, which binds complement C3 cleavage fragments, cellular ligands IFN-? and CD23 as well as the EBV coat protein, gp350/220. During the early stages of B-cell development CR2/CD21 is silenced. Expression is initiated on immature B-cells escaping negative selection. During peripheral maturation CR2/CD21 is up-regulated with B-cell sub-populations showing distinctive surface levels (comparatively low, intermediate or high). CR2/CD21 is silenced upon terminal plasmacytic differentiation. Appropriate timing and expression level of CR2/CD21 is important for the development of a healthy B-cell repertoire. Previous studies have identified sequences within the proximal promoter and first intron of CR2/CD21 that cooperate within native chromatin to control cell-specific silencing. Further, analysis of cultured human cells has revealed chromatin structural variation causing DNase I hypersensitivity at these regulatory sites in a CR2/CD21-expressing mature B-cell line (Raji) which are absent in a non-lymphoid cell type (K562). The primary focus of the present study involved characterising chromatin structural variation over previously recognized DNase I hypersensitive regions at the CR2/CD21 locus in human cells to understand how chromatin structure might regulate developmental expression of CR2/CD21. ... These studies provide evidence that notch signaling influences CR2/CD21 expression in human cell lines. First, in vivo binding of CBF1 to CR2/CD21 sequences in the proximal promoter and CRS implies that CR2/CD21 is a direct target of notch activation. Second, the effect of exogenous notch signalling molecules on CR2/CD21 proximal promoter activity was modulated by factors binding tandem E-boxes near the transcriptional start site suggesting that the notch pathway may also influence CR2/CD21 expression via control of HLH molecules. Third, initiation of CR2/CD21 expression was observed in a nonexpressing pre-B cell line (Reh) by co-culture with stromal cells expressing a notch ligand (OP9-DL) but not control stroma (OP9-GFP). Together, these findings support a role for notch regulation of B-cell maturation and invite speculation that initiation of CR2/CD21 expression following negative selection of immature B-cells involves crosstalk between HLH transcriptional regulators and the notch pathway. Furthermore, the Reh/OP9-DL co-culture system may provide a model to directly study the relationship between cell signalling molecules, transcription factor regulation, chromatin structural variation and differentiation of B-cells.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第18899号 / 医博第4010号 / 新制||医||1009(附属図書館) / 31850 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 生田 宏一, 教授 三森 経世, 教授 岩井 一宏 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Der induzierbare Kostimulator ICOS ist ein zu CD28 strukturell und funktionell verwandtes Molekül, das eine wichtige regulatorische Rolle bei der T-Zelleffektorfunktion spielt. Eine ICOS-Defizienz beim Mensch manifestiert sich in einer schweren Störung des humoralen Immunsystems. Eine murine ICOS-Defizienz führt ebenfalls zu einer Beeinträchtigung der T-Zell-abhängigen humoralen Immunantwort, bei der kleinere oder komplett fehlende Keimzentren zu beobachten sind. Vielfältige in vitro und in vivo Studien führten diese Phänomene auf die beeinträchtigte Regulation von Kommunikationsmolekülen der Zelloberfläche und der Zytokinexpression durch ICOS-defiziente T-Zellen zurück. Ein Ziel dieser Arbeit war es, mit Hilfe von ICOS KO Mäusen den Einfluss von ICOS auf die B-Zellentwicklung genauer zu untersuchen. Dabei konnte gezeigt werden, dass ICOS erst in der späten Phase der B-Zellentwicklung eine Rolle spielt, da der Interaktionspartner von ICOS erst auf transitionellen B-Zellen der Milz exprimiert wird. Durch die Etablierung eines in vivo adoptiven T-B Transfermodells konnte die Rolle von ICOS erstmalig bei der T-B Kooperation in den frühen Phasen der Immunantwort auf der Ebene Antigen-spezifischer T- und B-Zellen aufgeklärt werden. Dabei konnte beobachtet werden, dass eine ICOS-Defizienz einen dramatischen Einfluss auf die B-Zellexpansion und B-Zellproliferation hat. Zum ersten Mal konnte in vivo gezeigt werden, dass ICOS bei der T-B Kooperation eine entscheidende Rolle bei der Regulation diverser Oberflächenmarker der B-Zellen spielt, wodurch die B-Zellaktivierung, B-Zellproliferation und B-Zelldifferenzierung bei der Keimzentrums- und Plasmazellreaktion beeinflusst werden. Histologische Analysen zeigten, dass bei einer ICOS-Defizienz follikuläre T-Helferzellen nicht in die Keimzentrumsumgebung einwandern und daher keine T-Zellhilfe für die B-Zellen anbieten können. Dadurch kann die Keimzentrumsreaktion nicht weiter aufrechterhalten werden und eine Ausbildung von kleineren Keimzentren ist die Folge. Weiterhin konnte beobachtet werden, dass eine fehlende ICOS-Interaktion zwischen T- und B-Zellen zu einer Störung der Plasmazellgenerierung führt, wodurch auch die Mengen an messbaren Serumimmunglobulinen beeinflusst werden. Eine erhöhte Gabe von ICOS-defizienten T-Zellen kann diese Effekte nicht vollständig ausgleichen. Daher ist erkennbar, dass ICOS eine Vielzahl von zusätzlichen Faktoren beeinflusst, die für die ICOS-abhängigen B-Zelleffekte verantwortlich sind. / The inducible costimulator ICOS, structural and functional similar to CD28, plays an important regulatory role in T cell receptor function. The ICOS deficiency in humans is described as a severe dysfunction of the humoral immune response, resulting in dramatic reduced B cell numbers and impaired antibody response against pathogens. The murine ICOS-deficiency also leads to a disturbed T cell dependent immune response resulting in a reduced germinal center formation. Various in vitro and in vivo studies attributes this phenomenon to impaired upregulation of cell surface communication molecules and cytokine synthesis by ICOS-deficient T cells. In this work the investigations with ICOS KO mice should clarify the impact of ICOS in B cell development. As observed, ICOS can only play a role in the late phase B cell development, because the interaction partner is expressed on transitional B cells in the spleen. The establishment of an in vivo adoptive T-B transfer system could determine for the first time the role of ICOS in T-B cooperation in early immune response stages on antigen specific T and B cell levels. As shown, ICOS deficiency influences in a dramatic extend the B cell expansion and B cell proliferation. For the first time in vivo, we could demonstrate that ICOS plays a significant role by influencing the regulation of various B cell surface markers, which affects the B cell activation, B cell proliferation and B differentiation in germinal center or plasma cell reaction. Histological investigations revealed in the ICOS-deficiency that follicular T helper cells could not migrate into the germinal center microenvironment and therefore could not provide T cell help for B cells. As a result, the germinal center reaction could not maintained and therefore the formation of little germinal centers occurred. The missing interaction between T and B cells leads to a dysfunction in plasma cell generation and also influences the detectable amounts of serum immunglobulines. An administration of higher ICOS KO T cell numbers could not fully compensate these effects. Therefore, ICOS bias multitudes of additional factors, which are responsible for the ICOS dependent B cell effects.