Characterization of a novel subpopulation of autoantibody-producing B-cells in human blood

Abstract

Human peripheral B cells that co-express the surface B cell antigen receptor (BCR) and pre- BCR (V-preB+L+ B cells) represent about 0,5-1% of the peripheral B cell pool in healthy individuals but are significantly enriched in the joints of patients with rheumatoid arthritis (RA). To address the possible causal role of V-preB+L+ B cells in the pathogenesis of RA, a new method was established that allowed the analysis of the repertoire and the antigen specificity of the antibodies produced by individual V-preB+L+ B cells. In brief, the immunoglobulin heavy and light chain genes derived from the single cell-sorted V-preB+L+ B cells were sequenced and expressed in A293 fibroblasts in quantities that allowed the serological analysis of their specificity. The immunoglobulin gene repertoire of individual VpreB+ L+ B cells suggested their ability to produce poly-/autoreactive antibodies. Using this novel approach, 68% of antibodies expressed by V-pre+L+ B cells were found to be selfreactive. These antibodies recognized nuclear antigens as well as various other self-antigens such as DNA, cytoskeletal proteins, LPS, and insulin. Most importantly, a significant fraction of these antibodies bound to GPI, the antigen that is recognized by arthritogenic antibodies in the serum of RA patients. To prove the self-reactive nature of V-preB+L+ B cell derived antibodies, transgenic mice were generated that expressed one of the most characteristic VpreB+ L+ B cell IgH gene (ED45H-tg). Expression of this transgenic BCR in the absence of the pre-BCR resulted in clonal deletion of developing B cells. Collectively, these data revealed the potential contribution of V-preB+L+ B cells to the pathogenesis of autoantibody-induced RA and suggests a novel mechanism of tolerance evasion through ectopic expression of pre- BCR on peripheral autoreactive B cells.

Periphere menschliche B-Zellen, die auf ihrere Oberfläche den B-Zell-Rezeptor (BCR) gemeinsam mit dem Pre-BCR koexprimieren (V-preB+L+ B-Zellen), repräsentieren 0,5-1% des gesamten peripheren B-Zell-Pools in gesunden Individuen, finden sich jedoch signifikant angereichert in den Gelenken von Patienten mit rheumatoider Arthritis (RA). Um eine mögliche Rolle dieser V-preB+L+ B-Zellen in der Pathogenese von RA zu untersuchen, wurde eine neue Methode zur Analyse des Immunoglobulin-Repertoires und der Antikörper- Spezifität individueller V-preB+ B-Zellen etabliert. Kurz zusammengefasst, die Immunoglobulin-Gene der schweren und leichten Ketten von FACS-isolierten V-preB+L+ B-Zellen wurden sequenziert, in Expressionsvektoren kloniert und in A293-Fibroblasten transfiziert. A293-Fibroblasten wurden gewählt, weil sie in der Lage sind, Antikörper in ausreichend großen Mengen zu produzieren, die die serologische Analyse der Antikörper-Spezifität erlaubt. Das Immunoglobulin- Repertoire der individuellen V-preB+L+ B-Zellen läßt vermuten, dass diese Zellen in der Lage sind, poly-/autoreaktive Antikörper zu produzieren. Mit Hilfe dieser neuen Methode konnte gezeigt werden, dass 68% der individuellen V-preB+L+ B-Zellen autoreaktive Antikörper produzierten. Diese Antikörper erkennen sowohl nukleäre Antigene als auch viele weitere Selbst-Antigene darunter DNA, Proteine des Zytoskeletts, Insulin und Kollagen. Eine signifikante Fraktion der von V-preB+L+ B-Zellen produzierten Antikörper bindet sich an Glukose-6-Phosphat-Isomerase (GPI), ein Antigen, dass mit der Pathogenese von RA in Menschen und Mäusen in Zusammenhang gebracht wurde. Um die Rolle der Autoreaktivität der von V-preB+L+ B-Zellen produzierter Antikörper in vivo zu bestätigen, wurde eine transgene Maus kreiert, die eine charakteristische, autoreaktive schwere Kette der V-preB+L+ B-Zell-Population (ED45H-tg) exprimiert. Die ausschließliche Exprimierung dieses transgenen-BCR in Abwesenheit des Pre-BCR resultierte in einer Blockierung der B-Zell- Entwicklung im Knochenmark und einer peripheren B-Zell-Depletion, was die Autoreaktivität der V-preB+L+ B-Zellen in vivo bestätigt. Zusammenfassend weisen diese Ergebnisse auf eine mögliche Beteiligung der V-preB+L+ B-Zellen an der Pathogenese einer Autoantikörper-induzierten RA hin und postulieren einen möglichen neuen Mechanismus der Toleranz-Umgehung durch Ko-Expression von Pre-BCR mit dem BCR auf peripheren autoreaktiven B-Zellen.