Regulation of innate and adaptive B-cell responses by the proteins SLy2 and CXCR1

Abstract

Angeborene und adaptive B-Zellen sind die wichtigsten zellulären Effektoren der humoralen Immunität, da sie die einzigartige Fähigkeit besitzen, lebensrettende Antikörper zu produzieren. In Abhängigkeit des induzierenden Antigens können B-Zell-Antworten in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden: Thymus/T-Zell-unabhängig (TU) und Thymus/T-Zell-abhängig (TA). Reaktionen auf TU-Antigene werden hauptsächlich durch angeborene B-Zellen vermittelt, indem diese niedrig-affine Antikörper als erste wichtige Verteidigungslinie bereitstellen. TA-Antigene hingegen triggern eine adaptive Keimzentrumsreaktion, die zur Ausdifferenzierung hoch-affiner Plasmazellen und der Bildung eines immunologischen Gedächtnisses führt. Diese Antikörperreaktionen unterliegen der strengen Regulation verschiedenster molekularer Kontrollmechanismen, die bis heute nicht vollständig verstanden sind. In dieser Arbeit wurde die Rolle des Adapterproteins SLy2 und des Chemokin-Rezeptors CXCR1 für angeborene und adaptive B-Zell-Reaktionen untersucht. Hierfür analysierten wir systematisch die B-Zell-Kompartimente und Antikörpertiter in SLy2- und CXCR1-defizienten Mäusen. Ergänzend wurden SLy2-überexprimierende Mäuse für die Studie herangezogen. Zunächst führten wir ex vivo-Untersuchungen auf Basis homöostatischer Bedingungen durch. Außerdem wurde die in vitro-Proliferation und -Antikörpersekretion isolierter B-Zellen studiert. Anschließend wurden die Tiere immunisiert und ihre spezifische B-Zell-Antwort gemessen. Da Pneumokokken-Infektionen trotz verfügbarer Impfstoffe weltweit für eine enorme Krankheitslast verantwortlich sind, legten wir einen besonderen Fokus auf Pneumokokken-Antigene. Zusätzlich führten wir in vivo-Überlebensstudien im Kontext einer akuten bakteriellen Pneumonie durch. Unsere Ergebnisse zeigen, dass SLy2 die Produktion von IgM- bzw. IgG-Antikörpern gegen TU- bzw. TA-Pneumokokken-Impfstoffe inhibiert. Ferner verursacht die Überexpression von SLy2 eine starke Reduktion Knochenmark-residenter Vorläuferzellen. Im Gegensatz dazu zeigt sich eine verbesserte B-1-Zell-Immunität nach Deletion des Proteins. Weiterhin demonstrieren wir eine bisher unbekannte Bedeutung von CXCR1 für adaptive B-Zell-Antworten. Konkret beherbergen CXCR1-defiziente Mäuse mehr follikuläre B-Zellen, einhergehend mit verstärkten IgG1 Reaktionen auf TA-Vakzinierung. Zusammenfassend liefern unsere Ergebnisse neue wichtige Einblicke in die Regulation von Antikörperantworten, welche für die Entwicklung neuer immun-therapeutischer Interventionen von Relevanz sein könnten.

Innate and adaptive B cells are the main cellular effectors of humoral immunity as they possess the unique ability to produce life-saving antibodies. Depending on the type of antigen that is encountered, B-cell responses can be characterized into two major categories, namely thymus/ T-cell-independent (TI) and thymus/ T-cell-dependent (TD). Responses to TI antigens are mainly mediated by innate B-cell subsets that rapidly provide low-affinity antibodies as an important first line of defense. On the other hand, TD antigens trigger an adaptive germinal center reaction, resulting in generation of high-affinity plasma cells and the formation of immunological memory. Both, TI and TD antibody responses are tightly controlled by various regulatory pathways that remain incompletely understood. In this work, we dissected the role of the immunoinhibitory adaptor protein SLy2 and the chemokine receptor CXCR1 for innate and adaptive B-cell responses. To this end, we systematically analyzed B-cell compartments and antibody titers in mice globally lacking the expression of SLy2 or CXCR1. Complementarily, we studied SLy2-overexpressing mice. Initially, we performed ex vivo analyses on B cells and natural antibodies under homeostatic conditions. In addition, in vitro proliferation, class-switch and antibody secretion of isolated B cells were investigated. Subsequently, animals were immunized with TI and TD antigens to measure their specific B-cell response. Since infections with the human pathogen Streptococcus pneumoniae are responsible for a huge burden of disease worldwide despite the availability of vaccines, we set a special focus on pneumococcal antigens. For this reason, we also implemented in vivo survival studies in the context of acute pneumococcal lung infection. Our findings demonstrate that SLy2 negatively controls the production of IgM and IgG antibodies to TI and TD pneumococcal vaccines, respectively. We further show a severe reduction of bone marrow-resident progenitor cells in SLy2-overexpressing mice. By contrast, SLy2-deletion causes an improvement of B-1 cell immunity. Besides, we report a previously unknown relevance of CXCR1 for adaptive B-cell responses. Specifically, CXCR1-deficient mice harbor increased populations of follicular B cells, accompanied by strengthened IgG1 responses to TD immunization. In summary, we provide novel insights into the regulation of antibody responses which could be useful for the development of future immunotherapeutic interventions.