Gedächtnis-B-Zellen und Plasmazellen sind essentielle Komponenten der protektiven Immunität. Die Mechanismen ihrer Induktion, ihres Überlebens und der Gedächtnis-B-Zellreaktivierung sind allerding bisher nur unvollständig verstanden. Um unser Wissen diesbezüglich zu erweitern, wurden in der vorliegenden Arbeit zum einen Charakteristika von Primär- und Sekundärimmunantworten nach Immunisierung mit Keyhole Limpet Hemocyanin (KLH) untersucht und zum anderen das Vorkommen sowie der Phänotyp humaner Gedächtnis-B-Zellen in verschiedenen lymphatischen Geweben analysiert. Die primäre parenterale KLH Immunisierung führte auf serologischer und zellulärer Ebene zu einer Reihe unerwarteter Ergebnisse, welche u. a. das Auftreten von IgA Antikörpern und die gleichzeitige Präsenz von hoch- und wenig mutierten primären Plasmablasten beinhalteten. Die Untersuchung der Gedächtnis-B-Zellverteilung in verschiedenen lymphatischen Geweben ergab den größten Gedächtnis-B-Zellpool in der Milz. Blut-, Tonsillen-, Knochenmarks- und Milz-Gedächtnis-B-Zellen wiesen nur wenige phänotypische Unterschiede auf. Einer davon war die CD69 Expression auf tonsillären ruhenden Gedächtnis-B-Zellen, was darauf hindeutet, dass tonsilläre Gedächtnis-B-Zellen tatsächlich sessil sein könnten. Die hier erhaltenen Ergebnisse stellen neue Erkenntnisse über bisher unbeschriebene Mechanismen bei parenteralen Immunantworten wie zum Beispiel die Induktion von IgA Antikörpern sowie die potentielle Rekrutierung kreuzreaktiver Gedächtnis-B-Zellen dar. Es bleibt zu klären, wie die Reaktivierung solcher Gedächtnis-B-Zellen reguliert ist. Derartiges Wissen wäre insbesondere für Therapien von Erkrankungen des Immunsystems, wie Autoimmunität, von Bedeutung. Das potentiell patrouillierende Verhalten der Gedächtnis-B-Zellen ist ein markanter Unterschied zu den nischenabhängigen sessilen Plasmazellen und deutet weitestgehend darauf hin, dass Gedächtnis-B-Zellen nicht auf derartige Nischen angewiesen sind. / Memory B cells (mBC) and antibodies are major mediators of protective immune responses yet the mechanisms of their induction, maintenance and mBC reactivation are poorly understood. Therefore, to enhance knowledge in this regard this study comprehensively characterized a human primary and secondary B cell immune response to Keyhole Limpet Hemocyanin (KLH). Secondly, mBC maintenance was investigated by a systematic analysis of mBC presence, frequency and phenotype within different lymphoid organs. Parenteral primary KLH immunization yielded unexpected results on the serological and B cellular level, including KLH-specific IgA antibody induction, the simultaneous presence of low and highly mutated circulating KLH-specific primary plasmablasts and only little clonal overlap between the primary, memory and secondary KLH-specific B cell repertoires. With respect to the organ distribution of human mBC, the spleen was identified as a major mBC reservoir. Splenic, tonsillar, bone marrow and blood mBC pools exhibited a largely comparable phenotype. Yet, we found tonsillar mBC to express CD69. Due to their resting state tonsillar mBC could therefore constitute a tissue resident cell population. The observations described allow insights into hitherto unknown potential mechanisms behind primary immune responses, i.e. prominent IgA induction by parenteral challenge and inclusion of cross-reactive mBC. The so far unclear regulatory players involved deserve future investigation, as such knowledge may be crucial for therapeutic interventions in immune system disorders. Furthermore, strikingly different to the resident plasma cells in the bone marrow, mBC appear to distribute between lymphoid organs and continuously recirculate in peripheral blood indicative of their potential permanent screening activities, suggesting that human mBC do not require one dedicated niche for their principle survival.

Plasmazellen gehören zu den Effektorzellen des adaptiven Immunsystems. Langlebige Plasmazellen tragen durch kontinuierliche Sekretion protektiver Antikörper wesentlich zum humoralen Gedächtnis bei und überleben hauptsächlich in spezialisierten Nischen des Knochenmarks. Bislang ist jedoch kein Marker bekannt, mit dessen Hilfe langlebige Plasmazellen eindeutig identifiziert werden können. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der molekularbiologischen, phänotypischen und funktionellen Charakterisierung von reifen Plasmazellen im gesunden humanen Knochenmark, die sich durch die differentielle Expression von CD19 unterscheiden. Dabei konnte festgestellt werden, dass CD19negative Plasmazellen durch eine vergleichsweise geringere Expression von CD45 und HLADR einen höheren Reifegrad aufweisen als CD19positive Plasmazellen. Zudem lässt die vermehrte Expression von CD28, Mcl1, Bcl2 sowie die schwächere Expression u.a. von CD95 darauf schließen, dass CD19negative Plasmazellen im Knochenmark eine bessere Überlebenskapazität besitzen als CD19positive Plasmazellen. Da beide Plasmazellpopulationen ähnliche Antigen-Spezifitäten aufweisen, Plasmazellen im Knochenmark von Säuglingen ausschließlich CD19 exprimieren und nach sekundärer Vakzinierung im Blut detektierbare Plasmablasten und Plasmazellen ebenfalls CD19 auf ihrer Oberfläche exprimieren, weist die Gesamtheit der Daten darauf hin, dass sich CD19negative Plasmazellen im Kindesalter in situ aus reifen CD19positiven Plasmazellen im Knochenmark entwickeln. Die CD19negative Plasmazellpopulation leistet durch hohe Halbwertszeit und Stabilität einen konstanten Beitrag zur Aufrechterhaltung des humoralen Gedächtnisses. Die CD19positive Plasmazellpopulation stellt hingegen eine flexible Komponente dar, die eine Anpassung der humoralen Immunität und des humoralen Gedächtnisses an aktuelle Herausforderungen auch im Erwachsenenalter ermöglicht. / Plasma cells are effector cells of the adaptive immune system. Humoral memory is sustained by long-lived plasma cells that continuously secrete protective antibodies and mostly reside in specialized niches in the bone marrow. So far, no marker is known that could distinguish long-lived plasma cells from short-lived ones. The present work addresses the biomolecular, phenotypical and functional characterization of mature plasma cells in healthy human bone marrow that differ in their expression of the surface marker CD19. CD19negative plasma cells showed higher maturity than CD19positive plasma cells as they expressed lesser amounts of CD45 and HLADR. Moreover, higher expression of CD28, Mcl1 and Bcl2 and lesser expression of CD95 argues for a better survival capacity of CD19negative plasma cells. Both plasma cell populations showed similar antigen specificities. All plasmablasts and plasma cells detectable in blood after secondary vaccination expressed CD19, as well as all plasma cells isolated from infant bone marrow. These results indicate that CD19negative plasma cells mainly develop during childhood by further differentiation of mature CD19positive plasma cells in situ in the bone marrow. CD19negative plasma cells represent a long-lived and stable component of the adaptive immune system and humoral memory, whereas the CD19positive plasma cell population displays a flexible element allowing for adaption of humoral immunity to new challenges throughout a lifetime.

Obwohl B-Zellen in der Pathogenese der Rheumatoide Arthritis (RA) eine wichtige Rolle spielen, ist über ihre Aktivierung und Differenzierung im Synovialgewebe (SG) nicht viel bekannt. Ein Merkmal von RA ist das Auftreten von Autoantikörpern (auto-AK). Trotz dessen sind bisher kaum Daten über den Einfluss des SG auf die auto-AK-Produktion und die Frequenz autoreaktiver synovialer B-Zellen bekannt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung der synovialen B-Zell-Antwort und der Spezifität synovialer B-Lymphozyten. Dazu wurden B- und Plasmazellen (PC) aus dem Synovialgewebe von RA-Patienten mittels Mikrodissektion und Durchflusszytometrie isoliert und ihr Immunglobulin(Ig)-Repertoire bestimmt. Die Analyse der VH-Gene zeigte, dass sowohl naive als auch Gedächtnis-B-Zellen in das SG einwandern können. Ein Vergleich der VDJ-Rearrangements aus B-Zellen und PC belegte, dass hauptsächlich Gedächtnis-B-Zellen Antigen-abhängig aktiviert werden, klonal expandieren und zu PC differenzieren. Dabei können aktivierte B-Zellen ihre Ig-Klasse wechseln. Im Gegensatz dazu wurden nur rudimentäre Anzeichen somatischer Hypermutation nachgewiesen. Um die Spezifität synovialer B-Lymphozyten zu ermitteln, wurden rekombinante AK aus synovialen B-Zellen und PC generiert. Der Polyreaktivitätstest zeigte, dass naive B-Zellen aus dem SG einen hohen Anteil polyreaktiver Zellen besitzen. Im Gegensatz dazu ist die Frequenz von autoreaktiven Gedächtnis-B-Zellen und PC gegenüber naiven B-Zellen erhöht. Daneben konnten auch spezifische AK gegen bakterielle Antigene (insbesondere gegen Parodontitis-auslösende Bakterien) und gegen das Auto-Ag MCV identifiziert werden. Eine Affinitätsmessung des MCV-spezifischen Auto-AK zeigte, dass im SG sezernierte Auto-AK eine sehr hohe Affinität erreichen können. Die hier gewonnenen Daten verdeutlichen, dass B-Lymphozyten entscheidend an der Aufrechterhaltung oder gar Entstehung von RA beteiligt sind / Although B cells have an important impact on the pathogenesis of Rheumatoid arthritis (RA) still surprisingly little is known about their activation and differentiation within the inflamed synovial tissue (ST). A hallmark of RA is the presence of auto-antibodies (auto-Ab). However, still little is known about the frequency of self reactive synovial lymphocytes and it is unclear to which extent the inflamed ST contributes to auto-Ab production. These thesis deals with the characterization of the synovial B cell response and the specificity of synovial B lymphocytes. B and plasma cells (PC) from RA patients were isolated either by Laser Capture Microdissection or by FACS and their immunoglobulin(Ig)-repertoire was determined. The analysis of the VH-genes revealed that both naïve and memory B cells can immigrate the ST. A comparison of VDJ-rearrangements of B cells and PC showed that in ST without ectopic germinal centres mainly memory B cells become activated, expand clonally and differentiate into PC. During this process B cells can switch their Ig-class but do only hypermutate slightly. To determine the specificity of synovial B lymphocytes, recombinant Ab from synovial B cells and PC were generated. The polyreactivity assay showed that particularly naïve B cells were polyreactive. In contrast, the frequency of autoreactive memory B cells and PC was much higher than that of naïve B cells. In addition, Ab specific for bacterial antigens (especially for periodontal bacterias) and for the autoantigen MCV were identified. The affinity measurement of the MCV-specific autoantibody revealed that auto-Ab secreted in the ST can exhibit very high affinities. The data presented here show that B cells seem to play an important role in the maintenance and possibly the development of RA.

Das humorale Immungedächtnis wird von reifen Plasmazellen des Knochenmarks vermittelt, welche bei Immunreaktionen aus aktivierten B-Lymphozyten gebildet werden. Dabei sind im Blut Plasmablasten als unmittelbare Vorläufer der Plasmazellen nachweisbar, die von dort aus in das Knochenmark einwandern. Anhand der durchflusszytometrischen Detektion spezifischer Plasmablasten gelang es hier, das simultane Auftauchen von Wellen neu generierter, migratorischer Plasmablasten und reifer, nicht-migratorischer Plasmazellen im Blut eine Woche nach einer Tetanusimpfung nachzuweisen. Plasmablasten und Plasmazellen lagen stets im Gleichgewicht vor, wodurch auf die stöchiometrische Mobilisierung reifer Plasmazellen des Knochenmarks durch systemisch induzierte Plasmablasten geschlossen wurde. Ein solcher Verdrängungsmechanismus wird hier erstmalig als Anpassungsmechanismus des humoralen Immungedächtnisses dargestellt, der die Aufnahme neuer Spezifitäten in das Gedächtnis unter Wahrung der Stabilität präexistierender Spezifitäten erlaubt. Anders als systemisch induzierte Plasmablasten, weisen Plasmablasten, die im immunologischen Ruhephase zirkulieren, Kennzeichen mukosaler Immunreaktionen auf: sie exprimieren IgA sowie die mukosalen Zellmigrationsrezeptoren alpha4beta7-Integrin und CCR10. Wahrscheinlich wandern sie in mukosale Plasmazelldepots ein und interferieren nicht mit den Plasmazellen des Knochenmarks, sodass die Stabilität des humoralen Gedächtnisses in der Ruhephase gewahrt bleibt. Eine Anpassung des humoralen Gedächtnisses findet somit nur im Rahmen systemischer Immunreaktionen statt. Bei splenektomierten Patienten und unter der B-Zell-Depletionstherapie bei Rheumapatienten bleiben mukosale Plasmablasten im Blut nachweisbar. Dies belegt deren autonome Bildung aus mukosalen, therapie-refraktären B-Zellen. Insgesamt wird hier eine bisher unbeachtete Komplexität menschlicher peripherer Plasmablasten und Plasmazellen und ihren Beziehungen zum humoralen Immungedächtnis dargestellt. / Humoral memory, i.e. persistence of specific antibody titers, is provided by plasma cells in the bone marrow, which are generated from activated B cells during immune responses. At this, immediate plasma cell precursors, the plasmablasts, migrate via the blood to the bone marrow. Using cytometric detection of antigen-specific plasmablasts, synchronous circulation of waves of recently generated, migratory plasmablasts and non migratory plasma cells with a mature phenotype was demonstrated one week after tetanus vaccination. Circulating plasmablast and plasma cell numbers were always in homeostasis, so that the stoichiometric mobilization of old bone marrow plasma cells by recently generated plasmablasts was hypothesized. This plasma cell replacement mechanism is herein described for the first time as an adaption mechanism of the humoral memory that allows incorporation of new antibody specificities while maintaining pre-existing ones. In immunological steady state, very low numbers of plasmablasts are detectable in any donor. These express IgA and receptors for mucosal homing, alpha4beta7 integrin and CCR10, and therefore most likely migrate into mucosal plasma cell depots and do not interfere with plasma cells of the bone marrow, preserving the stability of humoral memory during steady state. Hence, adaption of humoral memory is only possible during systemic immune reactions. Circulating mucosal plasmablasts produced during steady state remain detectable in patients with rheumatoid arthritis during B cell depletion therapy as well as in asplenic patients. Hence, this type of plasmablasts is self-sufficiently generated from mucosal B cells that are refractory to B cell depletion therapy. This work demonstrates a hitherto disregarded complexity of peripheral plasmablast and plasma cell subsets in healthy humans, with implications for the regulation of induction and maintenance of humoral memory.