Effects of immunosuppressive drugs and CD4+ T-cell depletion on plasma cell survival in lupus prone (NZB/W) mice

Abstract

Plasma cells can be classified into short-lived and long-lived. While short- lived plasma cells undergo apoptosis within few days of formation, long-lived plasma cells survive for months up to several years. Unlike memory B-cells which do not secrete any antibodies in resting state, long-lived plasma cells secrete antibodies continuously, contributing directly to the maintenance of humoral antibody memory. While antibodies produced by long-lived plasma cells are protective under physiologic conditions, they can be pathologic under the circumstances of autoimmunity. In this work, it was investigated if glucocorticoids, conventional drugs for the treatment of autoimmune diseases and multiple myeloma, deplete (autoreactive) long-lived plasma cells. Experiments were performed in the NZB/W mouse model of SLE. Glucocorticoids were given alone or in combination with cyclophosphamide. To mark and differentiate short- from long-lived plasma cells on flow cytometry, incorporation of BrdU into the DNA of proliferating cells was analyzed. The results show that BrdU+ short-lived plasma cells were depleted from spleen, but BrdU- long-lived plasma cells were refractory to both drugs. An unexpected observation was made in bone marrow, where both BrdU+ and BrdU- plasma cells were unaffected. Further intriguing was the finding that most autoreactive (anti-DNA) plasma cells resided in the bone marrow, almost all of which were resistant to both drugs. Bone marrow plasma cells are therefore the major sources of immunosuppressant resistant (autoreactive) antibody production. Another interesting finding was that inflamed kidneys of these lupus manifested mice contained autoantibody-secreting cells, many of which were resistant to immunosuppressants. These results demonstrate the important role of bone marrow and inflamed tissues in prolongation of plasma cell survival. These organs also provide niches for the maintenance of autoreactive plasma cells in autoimmunity. Future therapeutic strategies should therefore focus on elimination of autoreactive plasma cell memory from these organs. The second focus of this work was to analyze the effect of CD4+ T-cell depletion on the formation of long-lived plasma cells in spleen and bone marrow of young lupus mice. CD4+ T-cells are critically required for germinal center reactions, which in turn are essential for long-lived plasma cell formation. Despite CD4-depletion, no changes were observed in the kinetics of long-lived plasma cell formation. Together, these results underscore bone marrow and inflamed tissues as important sources of therapy resistant autoreactive antibody memory. They also suggest that T-cell depletion therapy is not helpful in preventing the formation of long-lived plasma cell compartment.

Plasmazellen werden in kurzlebige und langlebige unterteilt. Kurzlebige Plasmazellen haben eine Halbwertszeit von wenigen Tagen, während langlebige Plasmazellen mehrere Monate bis Jahre überleben. Im Gegensatz zu Gedächtnis-B-Zellen, die im Ruhezustand keine Antikörper sezernieren, sezernieren langlebige Plasmazellen kontinuierlich Antikörper und tragen dadurch direkt zum humoralen Antikörpergedächtnis bei. Unter physiologischen Bedingungen sezernieren langlebige Plasmazellen protektive Antikörper, können aber bei Autoimmunerkrankungen Autoantikörper sezerniert. In dieser Arbeit wurde untersucht ob Glucocorticoide, die konventionell zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen und des multiplen Myeloms eingesetzt werden, (autoreaktiven) langlebige Plasmazellen depletieren. Hierfür wurden autoimmune NZB/W-Mäuse mit Glucocorticoid allein oder in Kombination mit Cyclophosphamid behandelt. Zur Unterscheidung von kurz- und langlebigen Plasmazellen wurde die Inkorporation von BrdU in die DNA analysiert. In der Milz erwiesen sich BrdU- langlebige Plasmazellen im Gegensatz zu BrdU+ kurzlebigen Plasmazellen refraktär auf beide Medikamente. Im Knochenmark waren sowohl die BrdU+ als auch BrdU- Plasmazellen resistent auf die Therapien. Außerdem waren die meisten autoreaktiven, Anti-DNA-Antikörper-sezernierenden Plasmazellen im Knochenmark lokalisiert. Das Knochenmark ist somit ein Hauptort für therapieresistente Plasmazellen. Daneben fanden sich auch in den entzündeten Nieren von Lupus-Mäusen therapierefraktäre, autoreaktive Plasmazellen. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung von Knochenmark und entzündeten Geweben für das Überleben von Plasmazellen. Bei Autoimmunerkrankungen bilden sie die Nischen für die Aufrechterhaltung eines autoreaktiven Plasmazellgedächtnisses. Zukünftige therapeutische Strategien sollten deshalb auf die Eliminierung dieses autoreaktiven Plasmazellgedächtnisses ausgerichtet sein. Ein zweiter Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Untersuchung der Beteiligung von CD4+ T-Zellen bei der Generation langlebiger Plasmazellen in Milz und Knochenmark junger NZB/W-Mäuse. CD4+ T-Zellen sind essentiell für die Ausbildung von Keimzentren aus denen unter physiologischen Bedingungen langlebige Plasmazellen hervorgehen. Die Depletion von CD4+ T-Zellen hatte überraschenderweise keine Auswirkungen auf die Entstehung der Plasmazell- Kompartimente in Milz und Knochenmark von NZB/W-Mäusen in vivo. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse die wichtige Rolle von Knochenmark und entzündetem Gewebe als Quelle eines autoreaktiven, therapieresistenten Antikörper-Gedächtnisses. Sie deuten darauf hin, dass eine T-Zell depletierende Therapie die Entwicklung eines langlebigen Plasmazellkompartments nicht verhindern kann.