Loading…
Thumbnail Image

Characterization of plasma cell subsets in the human bone marrow

Glenzer, Annika

Human bone marrow plasma cells (BMPC) are continuously producing antibodies and thereby, together with other mechanisms, protect the human body against foreign pathogens. While BMPC are not proliferating and have specific requirements for their survival niche, e.g. contact of adhesion molecules expressed on different cell types or secreted factors by surrounding cells. PC are the producers of autoantibodies in autoantibody-mediated autoimmune diseases and thus, a better understanding of their survival mechanisms can help to specifically target PC. During differentiation, PC consecutively lose typical B cell markers, e.g. CD20, and a subset of human BMPC was described to lack the expression of CD19, whereas CD19 expression is maintained in the majority of BMPC. Since CD19 is a co-stimulatory molecule of the B cell receptor (BCR), we wondered whether expression of CD19 would affect cellular responses of BMPC, e.g. to BCR stimulation, or expression of checkpoint molecules. In total, 139 human BM samples from individuals undergoing total hip arthroplasty were received and analyzed. BCR-associated molecules were investigated on mRNA and protein level and were found to be expressed in both subsets with a higher expression of spleen tyrosine kinase (SYK) in CD19+ BMPC. Short-term BCR stimulation resulted in kinase phosphorylation with CD19+ BMPC being the subset to induce higher phosphorylation. Interestingly, when taking the immunoglobulin (Ig) isotype into account, the BCR response was restricted to IgA+ BMPC independently of their CD19 expression. Analysis of checkpoint molecule expression revealed upregulation of programmed cell death protein 1 (PD-1) on 30% of IgA-expressing BMPC after BCR stimulation in cell culture and inhibition of SYK abrogated PD-1 upregulation. Thus, BMPC do not only react to BCR stimulation by phosphorylation of kinases, but also by upregulation of PD-1 surface expression. Enhanced PD-1 expression in a subset of IgA+ BMPC upon antigenic stimulation could reflect a distinct functiotype that is independent of the phenotypic heterogeneity of the subsets identified by CD19. These data suggest that specific BMPC subsets underlie different regulatory principles and could be involved in regulatory functions on surrounding cells in the human BM.
Plasmazellen (PZ) im humanen Knochenmark (KM) produzieren kontinuierlich Antikörper, die zusammen mit anderen Mechanismen den menschlichen Körper gegen feindliche Pathogene schützen. KMPZ proliferieren nicht und haben besondere Ansprüche an ihre Überlebensnische, wie zum Beispiel Kontakt zu benachbarten Zellen über Adhäsionsmoleküle oder von umgebenden Zellen sekretierte Faktoren. PZ sind die Produzenten von Autoantikörpern in Autoantikörper-vermittelten Autoimmunerkrankungen, weshalb ein besseres Verständnis ihrer Generierung sowie ihrer Überlebensmechanismen von Vorteil wäre um diese Zellen spezifisch zu eliminieren. Während der Differenzierung regulieren PZ die typischen B-Zell-Marker, wie z.B. CD20, auf ihrer Oberfläche herunter und es wurde beschrieben, dass eine Subpopulation von KMPZ keine Expression von CD19 mehr zeigt, während die Mehrheit die CD19-Expression beibehält. Da CD19 ein ko-stimulatorisches Molekül des B-Zell-Rezeptors (BZR) ist, haben wir uns gefragt ob die Expression von CD19 auf KMPZ Auswirkungen auf zelluläre Antworten wie z.B. auf BZR-Stimulation oder die Expression von Checkpoint-Molekülen hat. Insgesamt wurden in dieser Arbeit 139 KM-Proben von Individuen, die eine Hüft-Totalendoprothese erhielten, erhalten und analysiert. Die Expression von mit dem BZR assoziierten Molekülen wurde auf mRNA- und Protein-Ebene untersucht, wobei meist eine vergleichbare Expression gefunden wurde. Nur die Kinase spleen tyrosine kinase (SYK) zeigte eine höhere Expression in CD19+ KMPZ. Kurzzeitige BZR-Stimulation resultierte in der Phosphorylierung von Kinasen, wobei CD19+ KMPZ durchweg einen höheren Grad der Phosphorylierung zeigten. Bei gleichzeitiger Auswertung des Immunglobulin-Isotyps reagierten hauptsächlich IgA+ KMPZ auf die Stimulation über den BZR und diese Antwort war unabhängig von der CD19-Expression. Bei der Analyse von Checkpoint-Molekülen in KMPZ zeigte sich eine erhöhte Expression von programmed cell death protein 1 (PD-1) in 30% der IgA-exprimierenden KMPZ nach BZR-Stimulation in Zellkultur. Die Inhibition der Kinase SYK konnte diese Hochregulation von PD-1 verhindern. KMPZ sind folglich über den BZR aktivierbar, was sich nicht nur in der Phosphorylierung von Kinasen des BZR-Signalweges zeigt, sondern auch durch Expression von PD-1 auf der Zelloberfläche. Die erhöhte Expression von PD-1 in einer Subpopulation von IgA+ KMPZ könnte einen spezifischen Funktiotyp bedeuten, der unabhängig von der durch CD19-Expression definierten phänotyischen Heterogenität ist. Die Daten deuten darauf hin, dass verschiedene KMPZ-Subpopulationen besonderen regulatorischen Prinzipien unterliegen und in regulatorische Funktionen auf umgebende Zellen im humanen KM involviert sein könnten.