Stromal cell contact induced PI3K signaling and APRIL induced NF-kB signaling synergistically maintain memory plasma cells by inducing IRF4 and preventing endoplasmic reticulum stress
| dc.contributor.advisor | Chang, Hyun-Dong | |
| dc.contributor.author | Cornelis, Rebecca | |
| dc.contributor.grantor | Technische Universität Berlin | en |
| dc.contributor.referee | Chang, Hyun-Dong | |
| dc.contributor.referee | Hauser, Anja | |
| dc.date.accepted | 2022-08-25 | |
| dc.date.accessioned | 2022-09-08T10:09:01Z | |
| dc.date.available | 2022-09-08T10:09:01Z | |
| dc.date.issued | 2022 | |
| dc.description.abstract | Long-lived memory plasma cells are maintained in the bone marrow in close contact to mesenchymal stromal cells, and provide humoral immunity against long gone pathogens, thus constituting the basis for protective humoral memory. Memory plasma cells secreting pathogenic (auto-) antibodies pose a therapeutic challenge for the treatment of chronic rheumatic inflammation as they are refractory to conventional immunosuppressive therapies. However, the molecular mechanisms enabling these highly specialised and unique cells to survive for up to decades remain unclear. More detailed understanding may contribute to vaccine design as well as treatment of antibody-mediated diseases. Using an in vitro niche mimicking the bone marrow environment, we demonstrate that direct contact to stromal cells and activation of the BCMA receptor, e.g. by its ligand APRIL, are necessary and sufficient to prevent caspase-mediated death of plasma cells. Stromal cell contact and APRIL synergistically prevent activation of the endoplasmic reticulum associated caspase 12 and upregulate the master transcription factor IRF4. IRF4 regulates various ER associated genes controlling protein production, folding and glycosylation as revealed by single cell RNA sequencing. Moreover, IRF4 maintains plasma cell identity and controls the expression of the anti-apoptotic protein BCL2. BCMA induces pro-survival signalling by activating the NF-kB pathway. Persistence of plasma cells additionally requires cell contact induced PI3K signalling. We further show that siRNA mediated knock-down of PI3K downstream targets FoxO1/3 maintains plasma cells in absence of stromal cells. Only minor transcriptional differences after FoxO1/3 knock-down were detected, and active levels of caspases 3 and 7 remained high. Unexpectedly, the anti-apoptotic protein MCL1 was decreased by FoxO1/3 knock-down. These results identify PI3K/FoxO1/3 as a novel, vital signalling pathway and as a potential therapeutic target for the ablation of pathogenic long-lived plasma cells in rheumatic diseases. | en |
| dc.description.abstract | Langlebige Gedächtnis-Plasmazellen überleben im Knochenmark in engem Kontakt mit mesenchymalen Stromazellen, bieten eine humorale Immunität gegen längst verschwundene Krankheitserreger und bilden somit die Grundlage für ein schützendes humorales Gedächtnis. Gedächtnisplasmazellen, die pathogene (Auto-)Antikörper sezernieren, stellen eine therapeutische Herausforderung für die Behandlung von chronisch-rheumatischen Entzündungen dar, da sie gegenüber herkömmlichen immunsuppressiven Therapien refraktär sind. Die molekularen Mechanismen, die es diesen hochspezialisierten und einzigartigen Zellen ermöglichen, Jahrzehnte zu überleben, sind jedoch noch unklar. Ein detaillierteres Verständnis kann zum Impfstoffdesign sowie zur Behandlung von Antikörper-vermittelten Krankheiten beitragen. Anhand einer In-vitro-Nische, die die Umgebung des Knochenmarks nachahmt, zeigen wir, dass der direkte Kontakt zu Stromazellen und die Aktivierung des BCMA-Rezeptors, z. B. durch seinen Liganden APRIL, notwendig und ausreichend sind, um den Caspase-vermittelten Tod von Plasmazellen zu verhindern. Stromalzellkontakt und APRIL verhindern synergistisch die Aktivierung der mit dem endoplasmatischen Retikulum assoziierten Caspase 12 und regulieren den Master-Transkriptionsfaktor IRF4 hoch. IRF4 reguliert verschiedene ER-assoziierte Gene, die die Proteinproduktion, -faltung und -glykosylierung kontrollieren, wie durch Einzelzell-RNA-Sequenzierung gezeigt wurde. Darüber hinaus behält IRF4 die Plasmazellidentität bei und kontrolliert die Expression des anti-apoptotischen Proteins BCL2. BCMA induziert überlebensfördernde Signalwege durch Aktivierung des NF-kB-Signalwegs. Die Persistenz von Plasmazellen erfordert zusätzlich eine durch Zellkontakt induzierte PI3K Signalgebung. Wir zeigen weiter, dass der siRNA-vermittelte Knock-down von FoxO1/3 Plasmazellen in Abwesenheit von Stromazellen am Leben erhält. Es wurden nur geringfügige Transkriptionsunterschiede nach dem FoxO1/3-Knock-down festgestellt, und die aktive Caspasen 3 und 7 wurden weiterhin detektiert. Unerwarteterweise wurde das anti-apoptotische Protein MCL1 durch FoxO1/3-Knockdown verringert. Diese Ergebnisse identifizieren PI3K/FoxO1/3 als einen neuen, lebenswichtigen Signalweg und als potenzielles therapeutisches Ziel für die Ablation pathogener langlebiger Plasmazellen bei rheumatischen Erkrankungen. | de |
| dc.identifier.uri | https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/17356 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-16137 | |
| dc.language.iso | en | en |
| dc.rights.uri | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/ | en |
| dc.subject.ddc | 570 Biowissenschaften; Biologie | de |
| dc.subject.other | immunology | en |
| dc.subject.other | cell biology | en |
| dc.subject.other | memory | en |
| dc.subject.other | signaling | en |
| dc.subject.other | survival | en |
| dc.subject.other | Immunologie | de |
| dc.subject.other | Zellbiologie | de |
| dc.subject.other | Gedächtnis | de |
| dc.subject.other | Signalwege | de |
| dc.subject.other | Ãœberleben | de |
| dc.title | Stromal cell contact induced PI3K signaling and APRIL induced NF-kB signaling synergistically maintain memory plasma cells by inducing IRF4 and preventing endoplasmic reticulum stress | en |
| dc.title.translated | Stromalzellkontakt-induzierte PI3K und APRIL-induzierte NF-kB-Signalwege erhalten Plasmazellen synergistisch am Leben, indem IRF4 induziert wird und endoplasmatischer Retikulum-Stress vermieden wird | de |
| dc.type | Doctoral Thesis | en |
| dc.type.version | acceptedVersion | en |
| tub.accessrights.dnb | free | en |
| tub.affiliation | Fak. 3 Prozesswissenschaften::Inst. Biotechnologie | de |
| tub.affiliation.faculty | Fak. 3 Prozesswissenschaften | de |
| tub.affiliation.institute | Inst. Biotechnologie | de |
| tub.publisher.universityorinstitution | Technische Universität Berlin | en |