Although the role of B-cells in autoimmunity is not completely understood, their importance in the pathogenesis of autoimmune diseases has been more appreciated in the past few years. It is now well known that they have roles in addition to (auto) antibody production and are involved by different mechanisms in the regulation of T-cell mediated autoimmune disorders. The evolution of an autoimmune disease is a dynamic process, which takes a course of years during which complex immunoregulatory mechanisms shape the immune repertoire until the development of clinical disease. During this course, the B-cell repertoire itself is influenced and a change in the distribution of immunoglobulin heavy and light chain genes can be observed. B-cell depletive therapies have beneficial effects in patients suffering from rheumatoid arthritis (RA), highlighting also the central role of B-cells in the pathogenesis of this disease. Nevertheless, the mechanism of action is unclear. It has been hypothesised that B-cell depletion is able to reset deviated humoral immunity. Therefore we wanted to investigate if transient B-cell depletion results in changes of the peripheral B-cell receptor repertoire. To address this issue, expressed immunoglobulin genes of two patients suffering from RA were analysed; one patient for the heavy chain repertoire (patient H), one patient for the light chain repertoire (patient L). Both patients were treated with rituximab, an anti-CD20 monoclonal antibody that selectively depletes peripheral CD20+ B-cells for several months. The B-cell repertoire was studied before therapy and at the earliest time point after B-cell regeneration in both patients. A longer follow-up (up to 27 months) was performed in patient H who was treated a second time with rituximab after 17 months. Heavy chain gene analysis was carried out by nested-PCR on bulk DNA from peripheral B-cells using family-specific primers, followed by subcloning and sequencing. During the study, patient H received two courses of antibody treatment. B-cell depletion lasted 7 and 10 months, respectively and each time was accompanied by a clinical improvement. Anti-CD20 therapy induced two types of changes in this patient. During the early phase of B-cell regeneration, we noticed the presence of an expanded and recirculating population of highly mutated B-cells. These cells expressed very different immunoglobulin VH genes compared before therapy. They were class-switched and could be detected for a short period only. The long-term changes were more subtle. Nevertheless, characteristic changes in the VH2 family, as well as in specific mini-genes like VH3-23, 4-34 or 1-69 were noticed. Some of these genes have already been reported to be biased in autoimmune diseases. Also in autoimmune diseases, in particular in RA, clonal B-cells have been frequently found in the repertoire. B-cell depletion with anti-CD20 antibody resulted in a long term loss of clonal B-cells in patient H. Thus, temporary B-cell depletion induced significant changes in the heavy chain repertoire. For the light chain gene analysis, the repertoire changes were analysed separately for naive (CD27-) and memory (CD27+) B-cells. Individual CD19+ B-cells were sorted into CD27- and CD27+ cells and single cell RT-PCR was performed, followed by direct sequencing. During the study, patient L received one course of antibody treatment. B-cell depletion lasted 10 months and the light chain repertoire was studied before and after therapy. Before therapy, some differences in the distribution of VL and JL genes were observed between naive and memory B-cells. In particular, the predominant usage of Jk-proximal Vk genes by the CD27- naive B-cells indicated that the receptor editing was less frequent in this population compared to memory cells. In VlJl rearrangements also, some evidence for decreased receptor editing was noticed, with the overrepresentation of the Jl2/3 gene segments. The CDR3 regions of naive and memory cells showed different characteristics: the activity of the terminal deoxynucleotidyl transferase and exonuclease in Vl(5’) side was greater in memory cells. Also in the light chain repertoire, we observed some changes induced by the B-cell depletive therapy. There was a tendency of a less frequent usage of Jk-proximal Vk genes in the naive population. Some Vl genes, previously described in autoimmune diseases and connected to rheumatoid factor activity, such as 3p, 3r, 1g, were not found after therapy. The different characteristics of the CDR3 regions of VlJl rearrangements were not observed anymore. Very significantly, the ratio Vk to Vl was shifted toward a greater usage of Vk genes in the naive population after therapy. Taken together, these results indicate that therapeutic transient B-cell depletion by anti-CD20 antibody therapy modulates the immunoglobulin gene repertoire in the two RA patients studied. Measurable changes were observed in the heavy chain as well as in the light chain repertoire, which may be relevant to the course of the disease. This also supports the notion that the composition of the B-cell repertoire is influenced by the disease and that B-cell depletion can reset biases that are typically found in autoimmune diseases. / Obwohl die Rolle der B-Zellen für den Verlauf einer Autoimmunerkrankung noch nicht vollständig klar ist, so hat ihre Bedeutung für die Autoimmunpathogenese in den letzten Jahren zugenommen. Man weiß mittlerweile sehr wohl, dass ihre Rolle über die reine Produktion von (Auto-)antikörpern hinausgeht und sie z.B. an der Regulation T-Zellvermittelter Autoimmunstörungen beteiligt sind. Das B-Zellrepertoire selbst wird im Laufe einer autoimmunen Erkrankung durch solche immunregulatorische Prozesse beeinflusst. B-Zelldepletive Therapien zeigen vorteilhafte Effekte bei Patienten mit Rheumatoider Arthritis, was wiederum die zentrale Rolle von B-Zellen in der Pathogenese unterstreicht. Nichtsdestotrotz bleibt der genaue Mechanismus unklar. So wird z.B. spekuliert, dass mittels B-Zell-Depletion eine Neugenerierung der humoralen Immunität erreicht wird. Vor diesem Hintergrund untersuchten wir, ob eine vorübergehende B-Zell-Depletion zu Veränderungen im peripheren B-Zellrepertoire führt. Hierfür wurde das B-Zell-Rezeptorrepertoire von zwei Patienten mit Rheumatoider Arthritis im einen Fall bezüglich der schweren Kette (Patient H) und im anderen Fall bezüglich der leichten Kette (Patient L) analysiert. Beide Patienten wurden mit Rituximab, einem monoklonalen anti-CD20 Antikörper, der zu einer selektiven und über mehrere Monate anhaltenden Depletion peripherer CD20+-B-Zellen führt, behandelt. Das B-Zellrepertoire wurde für beide Patienten unmittelbar vor Therapie sowie in der frühen B-Zellregeneration untersucht. Bei Patient H erfolgte eine zweite Behandlung mit Rituximab nach 17 Monaten. Das Follow-up erfolgte in diesem Fall bis Monat 27. Die Analyse der Schwerketten erfolgte mittels nested-PCR mit DNA aus peripheren B-Zellen unter Verwendung familienspezifischer Primer und anschließendem Subklonieren und Sequenzieren. Während der Studie erhielt Patient H zwei Zyklen der Antikörperbehandlung. Die B-Zell-Depletion hielt 7 bzw. 10 Monate an und war zu jedem Zeitpunkt mit einer klinischen Besserung des Patienten verbunden. Die Anti-CD20 Therapie bewirkte zwei Arten von Veränderungen in diesem Patienten. Während der frühen Phase der B-Zellregeneration konnten wir eine ausgedehnte und rezirkulierende Population hochmutierter B-Zellen nachweisen. Diese Zellen exprimierten verglichen mit dem Zeitpunkt vor Therapie sehr unterschiedliche VH Gene. Es handelte sich hierbei um „class-switched“ Zellen, welche nur für kurze Zeit nachweisbar waren. Die Langzeit Veränderungen dagegen waren eher diskret. Nichtsdestotrotz konnten Veränderungen sowohl in der Familie VH2 als auch in spezifischen Mini-Genen wie VH3-23, 4-34 oder 1-69 festgestellt werden. Eine Häufung einiger dieser Gene wurde bereits im Zusammenhang mit Autoimmunerkrankungen berichtet. Zusätzlich bewirkte die Rituximabtherapie ein Verschwinden klonaler B-Zellen für die gesamte Periode. Folglich bewirkte die vorübergehende B-Zell-Depletion signifikante Veränderungen im Schwerkettenrepertoire. Für die Genanalyse der leichten Kette wurden die Veränderungen getrennt für naive (CD27-) und Gedächtnis- (CD27+) B-Zellen untersucht. Einzelne CD19+ B-Zellen wurden in CD27- und CD27+-Zellen sortiert und anschließend eine Single-cell-RT-PCR mit direkter Sequenzierung der Produkte durchgeführt. Während der Studie erhielt Patient L eine Behandlung. Die B-Zell-Depletion dauerte 10 Monate und das Leichtkettenrepertoire wurde vor und nach Therapie analysiert. Gewisse Unterschiede bezüglich der Verteilung von VL und JL Genen zwischen den Populationen naiver und Gedächtnis-B-Zellen konnten vor Therapie nachgewiesen werden. Insbesondere die bevorzugte Nutzung von Vκ Genen Jκ-proximal in CD27- naive B-Zellen spricht für ein vermindertes „receptor editing“ in dieser Population. Ferner fanden sich in VλJλ-Rearrangements Hinweise für ein vermindertes „receptor editing“ mit einer Überrepräsentation der Jλ2/3 Gensegmente. Die CDR3-Regionen der naiven und Gedächtnis-B-Lymphozyten zeigten unterschiedliche Eigenschaften: die Aktivität der Terminalen-Deoxynucleotidyl-Transferase und Exonuklease im Vλ-Abschnitt (5´) war höher als in Gedächtniszellen. Die B-Zelldepletive Therapie führtete zu signifikanten Veränderungen. So fand sich die Tendenz einer weniger häufigen Nutzung von Jκ-proximal gelegenen Vκ Gensegmenten in der naiven B-Zellpopulation. Einige Vλ Gene, wie z.B. 3p, 3r oder 1g, welche kürzlich in Verbindung mit Rheumafaktor bei Autoimmunerkränkungen beschrieben wurden, waren nach der Therapie nicht mehr nachweisbar. Ebenso verschwanden die unterschiedlichen Eigenschaften der CDR3-Regionen von VλJλ-Rearrangements. Besonders auffällig war das Verhältnis Vκ zu Vλ zugunsten einer häufigeren Nutzung von Vκ Genen in der naiven Population nach Therapie verschoben. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass mittels therapeutischer und vorüber- gehender B-Zell-Depletion durch anti-CD20-Antikörper das Immunglobulingenrepertoire in den beiden untersuchten Patienten moduliert wurde. Messbare Unterschiede fanden sich sowohl im Schwerketten- als auch im Leichtkettenrepertoire. Es erscheint wahrscheinlich, dass diese Veränderungen mit dem beobachteten therapeutischen Ansprechen in Verbindung stehen. Die Ergebnisse stützen die Annahme, dass die Zusammensetzung des B-Zellrepertoires durch die Krankheit beeinflusst wird und für Autoimmunerkrankungen charakteristische Veränderungen mittels B-Zell-Depletion aufgehoben werden können.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:787 |
| Date | January 2004 |
| Creators | Rouzière, Anne-Sophie |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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