5 The GC Response
Rekombinacja przełącznika klasy łańcucha ciężkiego immunoglobuliny zachodzi w komórkach GC B z transformacją komórek B produkujących IgM do komórek B produkujących IgG, zmieniając funkcję efektorową cząsteczki przeciwciała. Ma to znaczenie dla autoimmunologii, ponieważ przeciwciała IgM, które wiążą resztki apoptotyczne i inne endogenne ligandy dla TLR, tworzą kompleksy immunologiczne, które pośredniczą w efekcie immunosupresyjnym, częściowo poprzez zaangażowanie C1q, który następnie wiąże LAIR-1, receptor hamujący na monocytach i DC (Gronwall, Vas, & Silverman, 2012; Peng, Kowalewski, Kim, & Elkon, 2005; Roos i wsp., 2004; Son, Santiago-Schwarz, Al-Abed, & Diamond, 2012). W przeciwieństwie do nich, przeciwciała IgG różniące się od swoich odpowiedników IgM jedynie izotypem łańcucha ciężkiego tworzą kompleksy immunologiczne, które mogą angażować aktywujące receptory Fc na komórkach linii mieloidalnej i w ten sposób tworzyć środowisko prozapalne, w którym autoantygeny mogą być prezentowane w sposób immunogenny. Podczas gdy komórki B wyrażają tylko hamujący receptor Fc, FcγRllB, jego zaangażowanie przez kompleksy immunologiczne IgG, ale nie kompleksy immunologiczne IgM, może pomóc w transporcie ligandów TLR do komórek B, aby zainicjować programy przeżycia i aktywacji w komórkach, które w przeciwnym razie mogłyby podlegać tolerancji lub pozostać w stanie spoczynku (Green & Marshak-Rothstein, 2011; Herlands, Christensen, Sweet, Hershberg, & Shlomchik, 2008; Pasare & Medzhitov, 2005). Dlatego autoprzeciwciała IgG mogą po wytworzeniu tworzyć pętlę wzmacniającą, która zwiększa autoreaktywność. Chociaż rekombinacja przełącznika klasy ciężkiego łańcucha może być indukowana poza GC przy braku interakcji z komórkami T, na przykład przez BAFF, IFNγ, IFN typu 1 lub IL-21, rekombinacja przełącznika klasy ciężkiego łańcucha jest jednym z kluczowych aspektów odpowiedzi GC.
Mutacje punktowe w genach zmiennego regionu immunoglobulin (łańcuch ciężki częściej niż lekki) w odpowiedzi GC prowadzą do drugiej fali różnicowania repertuaru przeciwciał z następującą selekcją komórek B o wysokim powinowactwie do elicytującego antygenu. To właśnie te komórki B, które są pozytywnie wyselekcjonowane w obrębie GC, mogą stać się długo żyjącymi komórkami plazmatycznymi w szpiku kostnym lub komórkami B pamięci (Berek, Berger, & Apel, 1991; recenzja w Chan & Brink, 2012). Zmiany w ekspresji białek w komórce GC B ułatwiają generowanie komórek B pamięci i długo żyjących komórek plazmatycznych, które wyrażają przełączane klasowo przeciwciała o wysokim powinowactwie. AID jest kluczowy zarówno dla rekombinacji przełącznika klasowego, jak i hipermutacji somatycznej, kluczowych procesów odpowiedzi GC (Hase i in., 2008; Muramatsu i in., 2000; Zaheen i in., 2009; Zaheen & Martin, 2011). Wytwarzanie dojrzałych komórek B w układzie GC jest kluczowe dla odporności ochronnej. Pacjenci, u których brakuje AID, mają nienaruszoną odpowiedź IgM o niskim powinowactwie, ale nie są w stanie rozwinąć pamięci komórek B i przeciwciał o wysokim powinowactwie, przełączanych na klasy ciężkich łańcuchów (Revy i in., 2000). Podczas gdy AID może ulegać ekspresji w komórkach B spoza GC, a rekombinacja przełącznika klasy ciężkiego łańcucha i hipermutacja somatyczna występują poza środowiskiem GC, poziomy ekspresji i funkcji AID są najwyższe w obrębie GC (Zaheen & Martin, 2011).
Rola AID w generowaniu autoimmunizacji jest złożona. Istnieją istotne dowody na to, że wysoki poziom AID wiąże się z autoimmunizacją zarówno u myszy, jak i u pacjentów z RZS, u których krążące komórki B wykazują wysoki poziom ekspresji AID (Hsu i in., 2007; Jiang i in., 2007; Xu i in., 2009).I odwrotnie, niedobór AID u myszy i ludzi często wiąże się z autoimmunizacją; to, czy występuje on u myszy, wydaje się zależeć od podłoża genetycznego (Hase i in., 2008; Quartier i in., 2004). GC powstają u myszy z niedoborem AID, ale komórki B GC u tych myszy nie ulegają apoptozie (Zaheen i in., 2009). Autoimmunizacja myszy z niedoborem AID została zatem przypisana niepowodzeniu selekcji komórek GC B zależnej od apoptozy.
W komórkach GC B ekspresja BCR jest zmniejszona, a ekspresja Fas jest zwiększona (Bras, Martinez, & Baixeras, 1997; Koncz & Hueber, 2012). Ta konstelacja zmian jest istotna dla dojrzewania powinowactwa odpowiedzi przeciwciał. BCR wydaje się funkcjonować bardziej w celu ułatwienia adhezji między komórką B a innymi komórkami, aby zwiększyć przeżywalność i proliferację komórek, niż w celu zainicjowania sygnalizacji BCR (Khalil, Cambier, & Shlomchik, 2012). W rzeczywistości, BCR w komórkach GC B kolokalizuje się ze zwiększoną liczbą fosfataz SHP-1 i SHIP-1 (Khalil i in., 2012). Aktywacja fosfataz po zaangażowaniu BCR zapobiega silnej sygnalizacji BCR. Ponadto, zmniejszona ekspresja BCR w komórkach B GC zwiększa konkurencję o antygen. Wysoki poziom ekspresji Fas zapewnia, że komórki B, które nie doświadczają zaangażowania BCR, są niszczone na drodze apoptotycznej (przegląd w Peperzak, Vikstrom, & Tarlinton, 2012). Jest jasne, że liczne sygnały wzmacniające napędzają przeżycie i proliferację komórek B swoistych dla antygenów i są konieczne przez cały czas, gdy komórka B znajduje się w środowisku GC.
Z nagromadzeniem mutacji punktowych w segmentach genu immunoglobuliny V generowane są przeciwciała, które mają wyższe powinowactwo do antygenu wywołującego. Te komórki B, które mają wystarczającą początkową stymulację zarówno przez antygen, jak i TFH i FDC, proliferują i ulegają somatycznej hipermutacji. Komórki B, które przeszły mutację somatyczną konkurują ze sobą o antygen i pomoc poznawczą komórek T (Batista & Neuberger, 2000). W ten sposób dochodzi do pozytywnej selekcji przeciwciał o wysokim powinowactwie (przegląd w Zotos & Tarlinton, 2012). Te komórki B, które mają najwyższe powinowactwo do antygenu, najprawdopodobniej staną się raczej komórkami plazmatycznymi niż komórkami pamięci (Smith, Light, Nossal, & Tarlinton, 1997; Smith i in., 2000). Spekuluje się, że silne zaangażowanie BCR prowadzi do degradacji Bcl-6 i w konsekwencji derepresji Blimp-1, co prowadzi do różnicowania komórek plazmatycznych (Shapiro-Shelef et al., 2003; Shapiro-Shelef, Lin, Savitsky, Liao, & Calame, 2005). Jednakże, przeciwciała z mniejszym lub żadnym powinowactwem do antygenu wywołującego oraz te, które nabywają autoreaktywność, które mogą lub nie mogą być krzyżowo reaktywne z antygenem wywołującym, są również wytwarzane podczas odpowiedzi GC.
To, że mutacja somatyczna może prowadzić do nabycia autospecyficzności zostało po raz pierwszy wykazane przez nas w badaniach linii komórkowej szpiczaka mysiego. Linia komórkowa S107 wytwarza kanoniczne przeciwciało przeciwko fosforylocholinie, dominującemu epitopowi na polisacharydzie ściany komórkowej pneumokoków, który chroni myszy przed śmiertelną infekcją pneumokokową. Substytucja jednej zasady w regionie zmiennym ciężkiego łańcucha przeciwciała prowadzi do powstania przeciwciała o znacznie zmniejszonym wiązaniu z fosforylocholiną, ale z nową reaktywnością z DNA (Diamond & Scharff, 1984). Ta obserwacja po raz pierwszy zasugerowała, że autoreaktywność może powstać w wyniku mutacji somatycznej, w przeciwieństwie do wcześniejszego poglądu, że mutacja somatyczna jest mechanizmem eliminacji autoreaktywności.
Po tej obserwacji nastąpiły badania in vivo na myszach, potwierdzające, że komórki B mogą nabyć autoreaktywność w procesie mutacji somatycznej. Uznaliśmy, że komórki B nabywające autoreaktywność w odpowiedzi GC mogą rutynowo ulegać apoptozie, aby zapobiec ekspresji patogennej autoreaktywności. Dlatego przeprowadziliśmy fuzje komórek B śledziony po immunizacji myszy BALB/c fosforylocholiną sprzężoną z nośnikiem białkowym, używając partnera fuzji zaprojektowanego do nadekspresji Bcl-2 i do zapobiegania apoptozie hybrydom utworzonym z komórek B pobudzonych in vivo do ulegania apoptozie (Ray, Putterman, & Diamond, 1996). Około 40% hybrydomów, które wiązały fosforylocholinę wykazywało reaktywność krzyżową z DNA. Badanie to wykazało wysoką częstotliwość autoreaktywności w obrębie odpowiedzi GC. Manser i współpracownicy podobnie wykazali reaktywność anty-DNA powstającą w obrębie GC w odpowiedzi na hapten fenyloarsonianu (Alabyev, Rahman, & Manser, 2007).
Te obserwacje doprowadziły do badań autoprzeciwciał wytworzonych przez pacjentów z chorobą autoimmunologiczną, aby sprawdzić, czy ich autoreaktywność była zakodowana w sekwencji linii zarodkowej, czy też została nabyta przez mutację somatyczną. My i inni wykazaliśmy, że przeciwciała anty-DNA wykazywały wysoką częstotliwość mutacji somatycznych i że mutacje te były odpowiedzialne za nabywanie autospecyficzności (Detanico i in., 2012; Jacobi, Hansen, Burmester, Dorner, & Lipsky, 2000; Manheimer-Lory, Zandman-Goddard, Davidson, Aranow, & Diamond, 1997; Mietzner i in., 2008; Schroeder, Herrmann, & Winkler, 2013). Rzeczywiście, ostatnie badania komórek B pamięci we krwi zdrowych osób pokazują, że około 15% stanowią autoreaktywne komórki B, co stanowi wyższą liczbę niż w repertuarze naiwnych komórek B (Mietzner i in., 2008). Pozytywna selekcja autoreaktywnego podzbioru nie wydaje się odpowiadać za wzrost autoreaktywności między przedziałem naiwnym a pamięcią, ponieważ co najmniej połowa autoreaktywnych komórek B w pamięci nabywa swoją reaktywność w procesie somatycznej hipermutacji w obrębie GC. Tak więc, wydaje się, że autoreaktywność jest rutynowo generowana przez zależną od GC falę dywersyfikacji BCR.
Inne ostatnie badanie pokazuje niższą częstotliwość autoreaktywnych komórek B w puli komórek plazmatycznych szpiku kostnego niż w puli komórek pamięci krwi (Scheid i in., 2011). Chociaż badane podzbiory komórek B nie pochodziły od tych samych pacjentów, jedną z implikacji tych danych jest to, że może istnieć punkt kontrolny tolerancji przed przekształceniem się w długo żyjące komórki plazmatyczne. Alternatywnie, może nastąpić specyficzna utrata autoreaktywnych komórek B w obrębie populacji komórek plazmatycznych; możliwe jest, że zaangażowanie receptora Fc przez kompleksy immunologiczne zawierające autoantygen prowadzi do selektywnej śmierci autoreaktywnych komórek plazmatycznych (Fukuyama, Nimmerjahn, & Ravetch, 2005; Tzeng, Bolland, Inabe, Kurosaki, & Pierce, 2005).