5 Die GC-Antwort
Die Rekombination des Klassenwechsels von Immunglobulin Heavy Chain findet innerhalb der GC-B-Zellen mit der Umwandlung von IgM-produzierenden B-Zellen in IgG-produzierende B-Zellen statt, wodurch die Effektorfunktion des Antikörpermoleküls verändert wird. Dies ist für die Autoimmunität von Bedeutung, da IgM-Antikörper, die apoptotische Trümmer und andere endogene Liganden für TLRs binden, Immunkomplexe bilden, die einen immunsuppressiven Effekt vermitteln, zum Teil durch die Bindung von C1q, das dann LAIR-1 bindet, einen inhibitorischen Rezeptor auf Monozyten und DCs (Gronwall, Vas, & Silverman, 2012; Peng, Kowalewski, Kim, & Elkon, 2005; Roos et al., 2004; Son, Santiago-Schwarz, Al-Abed, & Diamond, 2012). Im Gegensatz dazu bilden IgG-Antikörper, die sich von ihren IgM-Gegenstücken nur durch den Schwerketten-Isotyp unterscheiden, Immunkomplexe, die aktivierende Fc-Rezeptoren auf Zellen der myeloischen Linie binden können und dadurch ein proinflammatorisches Milieu etablieren, in dem Selbstantigene in immunogener Weise präsentiert werden können. Während B-Zellen nur den inhibitorischen Fc-Rezeptor, FcγRllB, exprimieren, kann seine Aktivierung durch IgG-Immunkomplexe, aber nicht durch IgM-Immunkomplexe, dazu beitragen, TLR-Liganden in B-Zellen zu transportieren, um Überlebens- und Aktivierungsprogramme in einer Zelle zu initiieren, die andernfalls einer Toleranz unterliegen oder in Ruhe bleiben könnte (Green & Marshak-Rothstein, 2011; Herlands, Christensen, Sweet, Hershberg, & Shlomchik, 2008; Pasare & Medzhitov, 2005). So können IgG-Autoantikörper, sobald sie gebildet werden, eine Verstärkungsschleife einrichten, die die Autoreaktivität verstärkt. Während die Rekombination des Schwerketten-Klassenschalters außerhalb der GCs in Abwesenheit einer kognitiven T-Zell-Interaktion induziert werden kann, zum Beispiel durch BAFF, IFNγ, Typ-1-IFN oder IL-21, ist die Rekombination des Schwerkettenschalters einer der Schlüsselaspekte der GC-Antwort.
Punktmutationen in Genen der variablen Region von Immunglobulinen (schwere Kette häufiger als leichte Kette) führen bei der GC-Antwort zu einer zweiten Welle der Diversifizierung des Antikörperrepertoires mit der daraus folgenden Selektion von B-Zellen mit hoher Affinität für das auslösende Antigen. Es sind jene B-Zellen, die innerhalb der GC positiv selektiert werden, die zu langlebigen Plasmazellen im Knochenmark oder zu Gedächtnis-B-Zellen werden können (Berek, Berger, & Apel, 1991; reviewed in Chan & Brink, 2012). Veränderungen in der Proteinexpression innerhalb der GC-B-Zelle erleichtern die Bildung von Gedächtnis-B-Zellen und langlebigen Plasmazellen, die klassengeschaltete, hochaffine Antikörper exprimieren. AID ist entscheidend sowohl für die Klassenschalter-Rekombination als auch für die somatische Hypermutation, die Schlüsselprozesse der GC-Antwort (Hase et al., 2008; Muramatsu et al., 2000; Zaheen et al., 2009; Zaheen & Martin, 2011). Die Bildung von GC-gereiften B-Zellen ist entscheidend für die protektive Immunität. Patienten, denen AID fehlt, haben intakte IgM-Antworten mit niedriger Affinität, sind aber nicht in der Lage, B-Zell-Gedächtnis und hochaffine, klassenvermittelte Antikörper mit schwerer Kette zu entwickeln (Revy et al., 2000). Während AID in B-Zellen außerhalb des GC exprimiert werden kann und Rekombination und somatische Hypermutation des Schwerketten-Klassenschalters außerhalb der GC-Umgebung auftreten, sind die Expression und Funktion von AID innerhalb des GC am höchsten (Zaheen & Martin, 2011).
Die Rolle von AID bei der Entstehung von Autoimmunität ist komplex. Es gibt deutliche Hinweise darauf, dass hohe AID-Spiegel mit Autoimmunität assoziiert sind, sowohl bei Mäusen als auch bei Patienten mit RA, bei denen zirkulierende B-Zellen hohe AID-Spiegel exprimieren (Hsu et al., 2007; Jiang et al., 2007; Xu et al., 2009).
Umgekehrt ist AID-Mangel bei Mäusen und Menschen oft mit Autoimmunität assoziiert; ob dies bei Mäusen auftritt oder nicht, scheint vom genetischen Hintergrund abzuhängen (Hase et al., 2008; Quartier et al., 2004). In AID-defizienten Mäusen bilden sich GCs, aber die GC-B-Zellen in diesen Mäusen durchlaufen keine Apoptose (Zaheen et al., 2009). Die Autoimmunität von AID-defizienten Mäusen wird daher auf ein Versagen der Apoptose-abhängigen GC-B-Zell-Selektion zurückgeführt.
Die BCR-Expression ist in GC-B-Zellen reduziert und die Fas-Expression ist erhöht (Bras, Martinez, & Baixeras, 1997; Koncz & Hueber, 2012). Diese Konstellation von Veränderungen ist wichtig für die Affinitätsreifung der Antikörperantwort. Der BCR scheint eher die Funktion zu haben, die Adhäsion zwischen der B-Zelle und anderen Zellen zu erleichtern, um das Überleben und die Proliferation der Zellen zu verbessern, als die BCR-Signalisierung zu initiieren (Khalil, Cambier, & Shlomchik, 2012). In der Tat kolokalisiert der BCR in GC-B-Zellen mit einer erhöhten Abundanz der Phosphatasen SHP-1 und SHIP-1 (Khalil et al., 2012). Die Aktivierung der Phosphatasen bei BCR-Engagement verhindert eine starke BCR-Signalisierung. Außerdem erhöht die verminderte BCR-Expression innerhalb der GC-B-Zellen die Konkurrenz um Antigen. Die hohe Fas-Expression sorgt dafür, dass B-Zellen, die kein BCR-Engagement erfahren, durch einen apoptotischen Weg zerstört werden (reviewed in Peperzak, Vikstrom, & Tarlinton, 2012). Es ist klar, dass mehrere verstärkende Signale das Überleben und die Proliferation von Antigen-spezifischen B-Zellen antreiben und während der gesamten Zeit, in der sich die B-Zelle in der GC-Umgebung befindet, notwendig sind.
Mit der Akkumulation von Punktmutationen in Immunglobulin-V-Gensegmenten werden Antikörper gebildet, die eine höhere Affinität für das auslösende Antigen haben. Diejenigen B-Zellen, die eine ausreichende initiale Stimulation sowohl durch das Antigen als auch durch TFH und FDC erfahren, proliferieren und durchlaufen eine somatische Hypermutation. B-Zellen, die eine somatische Mutation durchlaufen haben, konkurrieren miteinander um Antigen und kognitive T-Zell-Hilfe (Batista & Neuberger, 2000). Auf diese Weise kommt es zu einer positiven Selektion von hochaffinen Antikörpern (reviewed in Zotos & Tarlinton, 2012). Die B-Zellen mit der höchsten Affinität für das Antigen werden mit großer Wahrscheinlichkeit eher zu Plasmazellen als zu Gedächtniszellen (Smith, Light, Nossal, & Tarlinton, 1997; Smith et al., 2000). Es wurde spekuliert, dass ein starkes BCR-Engagement zur Degradation von Bcl-6 und der daraus resultierenden Derepression von Blimp-1 führt, was eine Plasmazelldifferenzierung bewirkt (Shapiro-Shelef et al., 2003; Shapiro-Shelef, Lin, Savitsky, Liao, & Calame, 2005). Allerdings werden während der GC-Antwort auch Antikörper mit geringerer oder keiner Affinität für das auslösende Antigen gebildet sowie solche, die Autoreaktivität erwerben, die mit dem auslösenden Antigen kreuzreagieren können oder auch nicht.
Dass eine somatische Mutation zum Erwerb von Autospezifitäten führen kann, haben wir erstmals in Studien an einer Maus-Myelom-Zelllinie gezeigt. Die S107-Zelllinie bildet einen kanonischen Antikörper gegen Phosphorylcholin, ein dominantes Epitop auf Pneumokokken-Zellwandpolysaccharid, das Mäuse vor einer tödlichen Pneumokokken-Infektion schützt. Eine einzige Basensubstitution in der variablen Region der schweren Kette des Antikörpers führt zu einem Antikörper mit deutlich reduzierter Bindung an Phosphorylcholin, aber mit neuer Reaktivität gegenüber DNA (Diamond & Scharff, 1984). Diese Beobachtung deutete zum ersten Mal darauf hin, dass Autoreaktivität durch somatische Mutation entstehen könnte, im Gegensatz zu der bisher vertretenen Ansicht, dass somatische Mutation ein Mechanismus zur Eliminierung von Autoreaktivität ist.
Dieser Beobachtung folgten in vivo-Studien an Mäusen, die bestätigten, dass B-Zellen durch den Prozess der somatischen Mutation Autoreaktivität erwerben können. Wir schlussfolgerten, dass B-Zellen, die Autoreaktivität in der GC-Antwort erwerben, routinemäßig Apoptose durchlaufen könnten, um die Expression von pathogener Autoreaktivität zu verhindern. Daher führten wir Fusionen von Milz-B-Zellen nach Immunisierung von BALB/c-Mäusen mit Phosphorylcholin durch, das an einen Proteinträger gekoppelt war, wobei wir einen Fusionspartner verwendeten, der so konstruiert war, dass er Bcl-2 überexprimiert und die Apoptose von Hybridomen verhindert, die mit B-Zellen gebildet wurden, die in vivo zur Apoptose getriggert wurden (Ray, Putterman, & Diamond, 1996). Ungefähr 40 % der Hybridome, die Phosphorylcholin gebunden haben, zeigten eine Kreuzreaktivität mit DNA. Diese Studie zeigte eine hohe Frequenz von Autoreaktivität innerhalb der GC-Reaktion. Manser und Kollegen zeigten in ähnlicher Weise eine Anti-DNA-Reaktivität, die innerhalb der GC in der Reaktion auf das Hapten Phenylarsonat auftritt (Alabyev, Rahman, & Manser, 2007).
Diese Beobachtungen führten zu Untersuchungen von Autoantikörpern, die von Patienten mit einer Autoimmunerkrankung gebildet wurden, um herauszufinden, ob ihre Autoreaktivität innerhalb der Keimbahnsequenz kodiert ist oder durch somatische Mutation erworben wurde. Wir und andere wiesen nach, dass Anti-DNA-Antikörper eine hohe Häufigkeit von somatischen Mutationen aufwiesen und dass die Mutationen für den Erwerb der Autospezifität verantwortlich waren (Detanico et al, 2012; Jacobi, Hansen, Burmester, Dorner, & Lipsky, 2000; Manheimer-Lory, Zandman-Goddard, Davidson, Aranow, & Diamond, 1997; Mietzner et al, 2008; Schroeder, Herrmann, & Winkler, 2013). In der Tat zeigt eine aktuelle Studie von Gedächtnis-B-Zellen im Blut gesunder Personen, dass etwa 15 % autoreaktive B-Zellen sind, eine höhere Anzahl als im naiven B-Zell-Repertoire (Mietzner et al., 2008). Die positive Selektion der autoreaktiven Untergruppe scheint nicht für den Anstieg der Autoreaktivität zwischen dem naiven und dem Gedächtniskompartiment verantwortlich zu sein, da mindestens die Hälfte der autoreaktiven B-Zellen im Gedächtnis ihre Reaktivität durch den Prozess der somatischen Hypermutation innerhalb des GC erwerben. Es scheint also, dass Autoreaktivität routinemäßig durch die GC-abhängige Welle der BCR-Diversifizierung erzeugt wird.
Eine andere aktuelle Studie zeigt eine geringere Häufigkeit autoreaktiver B-Zellen im Pool der Plasmazellen des Knochenmarks als im Pool der Gedächtniszellen im Blut (Scheid et al., 2011). Obwohl die untersuchten B-Zell-Subsets nicht von denselben Patienten stammten, ist eine Implikation der Daten, dass es möglicherweise einen Toleranz-Checkpoint gibt, bevor man zu einer langlebigen Plasmazelle wird. Alternativ dazu könnte es einen spezifischen Verlust von autoreaktiven B-Zellen innerhalb der Plasmazellpopulation geben; Es ist möglich, dass das Fc-Rezeptor-Engagement durch Immunkomplexe, die Selbstantigen enthalten, zum selektiven Tod von autoreaktiven Plasmazellen führt (Fukuyama, Nimmerjahn, & Ravetch, 2005; Tzeng, Bolland, Inabe, Kurosaki, & Pierce, 2005).