The adaptive immune system has the unique ability to remember and rapidly mount protective response against previously encountered pathogen. This feature of the immune system is termed immunological memory and the functional duty is carried out by differentiated T and B cells. The maintenance of memory cells is important to confer long-lasting protection for the organism. Also, strategic positioning of these memory cells throughout the organism in crucial to ensure timely response against recurrent antigenic stimulation. While the tissue distribution and maintenance of memory T and plasma cells has been described, the lifestyle of memory B cells (Bmem) has not been well studied so far. In my doctoral thesis I investigated the tissue organization and lifestyle of memory B cells in mice, which would serve as the starting point for further translational studies in humans. To determine the tissue distribution, isotype-switched Bmem of spleen, bone marrow (BM), peripheral blood, and lymph nodes were enumerated under different immunization and infection protocols. The majority of isotype-switched Bmem were localized in the spleen, but a significant population was also contained within the BM. Comparison of the repertoire of B cell receptor (BCR), a unique identifier of each individual B cell, the repertoires of isotype-switched Bmem of spleen and BM revealed limited overlap of B cells with same BCR (clonotypes) generated during a specific immune response. The majority of Bmem clonotypes are expressed exclusively in either organ, demonstrating that isotype-switched Bmem of the two organs represent distinct resident populations with minimal exchange between them via blood circulation. Phenotypically, isotype-switched Bmem of the two organs differ in surface protein expression of CD21 (complement receptor) and CD62L (L-selectin) with subsets of CD21low and CD21high populations in the BM but not in spleen, also, isotype-switched Bmem of BM express higher levels of CD62L compared to those in spleen. Isotype-switched Bmem of BM and spleen are resting in the G0 of cell cycle as determined by the expression of the proliferative marker Ki67, and are refractory to in vivo treatment with cyclophosphamide (a DNA alkylating agent which kills proliferating cells). In the BM, isotype-switched Bmem are located in close proximity to reticular stromal cells expressing VCAM-1. To further understand the role of BM stromal cells in organization of survival niches for memory cells, the biology and functional properties of VCAM-1+ stromal cells were analyzed. Next generation sequencing single cell mRNA transcriptomes profiling of directly ex vivo isolated BM VCAM-1+ stromal cells revealed distinct subpopulation of stromal cells defined by the expression of cytokines and chemokines which have been described to be important for the maintenance and survival of subsets of hematopoietic and immune cells subsets. Altogether, the findings of this thesis demonstrate that murine Bmem are residing in the BM as distinct population of B cell memory and that distinct subsets of BM stromal cells organize survival niches for different hematopoietic cells, including memory cells.
Das adaptive Immunsystem hat die einzigartige Fähigkeit sich an zuvor vorgefundene Krankheitserreger zu erinnern und schnell gegen diese schützend zu reagieren. Diese Fähigkeit des Immunsystems heißt immunologisches Gedächtnis und wird von differenzierten T- und B-Zellen ausgeübt. Die Aufrechterhaltung der Gedächtniszellen ist wichtig um dem Organismus einen dauerhaften Schutz zu verleihen. Weiterhin ist eine strategische Positionierung dieser Gedächtniszellen im gesamten Organismus entscheidend um eine zeitnahe Reaktion gegen wiederkehrende antigenische Stimulierungen sicherzustellen. Während die Gewebeverteilung und -erhaltung von Gedächtnis T-Zellen und Plasma Zellen bereits gut beschrieben wurde, wurde der Lebensstil von Gedächtnis-B-Zellen (Bmem) bislang nicht weiter untersucht. In meiner Doktorarbeit habe ich die Gewebeorganisation und den Lebensstil von Gedächtnis B-Zellen in Mäusen untersucht, welche als Ausgangspunkt für weitere translationale Studien am Menschen dient. Um die Gewebeverteilung zu untersuchen, wurden Isotyp-veränderte Bmem der Milz, des Knochenmarks, von peripherem Blut und von Lymphknoten unter verschiedenen Immunisierungs- und Infektionsprotokollen ausgezählt. Die Mehrheit der Isotyp-veränderten Bmem wurden in der Milz lokalisiert, es ist aber auch eine signifikante Population im Knochenmark enthalten. Der Vergleich des Repertoires des B-Zell-Rezeptors (BCR), einer einzigartigen Bezeichnung jeder individuellen B-Zelle, des Repertoires der Isotyp-veränderten Bmem der Milz und des Knochenmarks hat gezeigt, dass B-Zellen mit derselben BCR (Klonotypen), welche während einer spezifischen Immunreaktion generiert wurden, sich kaum überlappen. Die Mehrheit der Bmem Klonotypen wird ausschließlich in einem der beiden Organe exprimiert, was beweist, dass Isotyp-veränderte Bmem zweier Organe verschiedene Populationen mit nur minimalen Austausch über den Blutkreislauf repräsentieren. Phänotypisch, Isotyp-veränderte Bmem der beiden Organe unterscheiden sich in der Oberflächenproteinexpression von CD21 (Komplementrezeptor) und CD62L (L-Selektin) mit Untergruppen von CD21low und CD21high Populationen im Knochenmark, aber nicht in der Milz. Weiterhin beinhalten Isotyp-veränderte Bmem des Knochenmarks einen höheren Spiegel von CD62L im Vergleich zur Milz. Isotyp-veränderte Bmem des Knochenmarks und der Milz ruhen im G0 des Zellzyklus, wie durch die Expression des proliferativen Markers Ki67 bestimmt wurde, und sind widerstandsfähig gegen in vivo Behandlungen mit Cyclophosphamid (einem DNA alkylierenden Wirkstoff, der wuchernde Zellen tötet). Im Knochenmark befinden sich Isotyp-veränderte Bmem in unmittelbarer Nähe zu retikulären Stromazellen, die VCAM-1 exprimieren. Um die Rolle der Knochenmark Stromazellen bei der Organisation von Überlebensnischen für Gedächtniszellen genauer zu verstehen, wurden die Biologie und die funktionellen Eigenschaften von VCAM-1+ Stromazellen analysiert. Die Sequenzierung von Einzelzell-mRNA-Transkriptomen von direkt ex vivo isolierten Knochenmark VCAM-1+ Stromazellen ergab eindeutige Subpopulationen von Stromazellen, die durch die Expression von Cytokinen und Chemokinen definiert wurden, welche als wichtig für die Aufrechterhaltung und das Überleben von Subpopulationen von hämatopoetischen Zellen und Immunzellen beschrieben wurden. Zusammenfassend beschreiben die Ergebnisse der Dissertation, dass murine Bmem im Knochenmark als ausgeprägte ansässige Population des B-Zell-Gedächtnisses vorkommen und das Subpopulationen von Knochenmark Stromazellen Überlebensnischen für verschiedene hämatopoetische Zellen, inklusive den Gedächtniszellen des Immunsystems, organisieren.
