Ig gene repertoire analysis in an SLE patient in clinical remission

Abstract

Systemic lupus erythematosus is one of the major autoimmune diseases, and one of its cardinal features is the production of anti-DNA autoantibodies. The generation of these self reactive antibodies by B cells plays a central role in the pathogenesis of SLE. During the course of B cell development B cells undergo stringent selection at various stages in the bone marrow and the periphery, where autoreactive cells are deleted. How and where tolerance is induced during B cell development has long puzzled researchers. Recently, three checkpoints, one central checkpoint in the bone marrow and two peripheral checkpoints have been described where selfreactive B cells are efficiently removed from the repertoire to avoid autoreactivity. However, these checkpoints appear to be defective in SLE patients, as they show increased levels of self- and polyreactive antibodies in the new emigrant and the mature naive B cell compartment when compared to healthy individuals. In my work, I examined one SLE patient after immunosuppressive steroid treatment and studied the Ig gene repertoire in the mature naïve B cell compartment after therapy. I compare my findings with the results of three other SLE patients before and after treatment and with two healthy controls. I show that this patient does not exhibit Ig gene usage abnormalities characteristic of SLE patients with active disease, such as long and highly positively charged CDR3 regions, or heavy and light chain gene usage biases towards the VH4-34 and the Vκ4-1 gene families, respectively. Patient SLE21 did show more positively charged amino acids within the CDR3 region and a slightly atypical Ig light chain gene usage pattern compared to the healthy controls, with preferential usage of Vk4-1-, Vλ6 - and Jλ3 genes. In summary, the resolution of this patient’s symptoms after therapy correlates well with the normalization of the B cell repertoire, however, low level abnormalities in the mature B cell compartment in patients with clinical remission remain. In this study, a partial restoration of the Ig gene repertoire in an SLE patient could be demonstrated.

B Zellen spielen eine zentrale Rolle in unserem adaptativen Immunsystem. Sie gewährleisten hoch spezifische und langanhaltende Immunität nach Infektionen. Mit Hilfe der B Zell Rezeptoren spüren B Zellen pathogene Antigene auf und mediieren durch Sekretion dieser Oberflächenrezeptoren die humurale Immunantwort. B Zellen nutzen V(D)J Rekombination und somatische Hypermutationen, um eine schier unendliche Anzahl von Antikörpern zu produzieren. Nur so ist der Organismus gegen eine große Vielfalt von Antigenen der Umwelt gefeit. Bei den V(D)L Rekombination und somatische Hypermutationen während der B Zellentwicklung werden Gene zufällig zusammengefügt: Autoantikörper entstehen. Um dennoch Autoimmunität zu verhindern, ist der Prozess des Gen Rearrangementsents an gewissen Checkpoints während der B Zellentwicklung und -reifung streng kontrolliert. Autoimmunität entsteht, wenn der Körper Toleranz gegen gegen sich selbst verliert und gegen körpereigenes Gewebe reagiert. Die Prävalenz von Autoimmunität in der westlichen Welt beträgt ca. 5 Prozent. Eine der bedeutendsten Autoimmunerkrankungen ist der Systemische Lupus Erythematodes, der als Hauptmerkmal die Produktion von anti- DNA Antikörpern inne hat. Die Generierung von selbstreaktiven Antikörpern spielt eine zentrale Rolle in der Pathogenese von SLE. Wo und wie Toleranz erzeugt wird, hat Wissenschaftler lange Zeit Rätsel aufgegeben. Kürzlich wurden drei Checkpoints entdeckt, an denen autoreaktive B Zellen während der B Zellentwicklung unter strenger Selektion erfolgreich selektiert werden. Ein zentraler Checkpoint befindet sich im Knochenmark und zwei weitere in der Peripherie. Diese Checkpoints scheinen bei SLE defekt zu sein, was sich in einem erhöhten Auftreten von selbst- und polyreaktiven Antikörpern in den 'new emigrant' und 'mature naive' B Zell Kompartimenten im Vergleich mit gesunden Kontrollen zeigt. Des weiteren konnten Abnormalitäten im Immunglobulin Gengebrauch, die mit Selbstreaktivität assoziiert sind, bei SLE gezeigt werden. Neue Studien beschreiben Veränderungen im Immunglobulin Repertoire Gebrauch nach immunsuppressiver Therapie, die mit einer verminderten Produktion von selbst- und polyreaktiven Antikörpern einhergeht. In meiner Arbeit untersuche ich einen SLE Patienten nach Erhalt von immunsuppressiver Therapie. Ich untersuche das Immunglobulin Gene Repertoire im 'mature naïve' B Zell Kompartiment und vergleiche meine Ergebnisse mit drei weiteren SLE Patienten vor und nach Therapie sowie mit zwei gesunden Kontrollen. Mein Patient SLE21 zeigt nicht die Abnormalitäten im Immunglobulin Gengebrauch, die für einen SLE in der aktiven Krankheitsphase charakteristisch sind: Diese Abnormalitäten umfassen zum einen eine lange und positiv geladene CDR3 Region sowie einen vermehrten Gebrauch von Schwer-und Leichtketten Gene n aus der VH4-34 und der Vκ4-1 Gen Familie. Mein Patient SLE 21 zeigt nicht mehr positiv geladene Aminosäuren innerhalb der CDR3 Region als gesunde Kontrollen. Neben dem nur leicht veränderten Gebrauch an Immunglobulin Leichtketten Genen, wie die verstärkte Verwendung von Vk4-1-, Vλ6 - und Jλ3 Genen, konnten keine anderen Alterationen aufgezeigt werden. Allgemein zeigt sich ein deutlicher Rückgang an Abnormalitäten im Immunglobulin Gen Repertoire Gebrauch bei dem Patienten SLE 21 nach Erhalt von immunsuppressiver Therapie. Die klinische Remission des Patienten SLE21 korreliert mit der Normalisierung des B Zell Repertoires. Die potentiellen Effekte der immunsuppressiven Therapie auf den Immunglobulin Gengebrauch sowie die partielle Restaurierung der Checkpoints konnte mit dieser Studie belegt werden.