In vivo-Analyse der B-Zell-Rezeptor-Signaltransduktion im Keimzentrum
Unser Immunsystem stellt uns eine Vielzahl von Effektormechanismen zur Verfügung, die für den lebenslangen Schutz vor Krankheitserregern sorgen. Ein Aspekt dieser Mechanismen ist die Produktion von Immunglobulin-Antikörpern durch langlebige Plasmazellen, die aus B-Zellen in Keimzentren der sekundären lymphatischen Organe stammen. Innerhalb der Keimzentren bilden B-Zellen, T-Zellen und follikuläre dendritische Zellen stabile Kontakte, die für einen Prozess, der Affinitätsreifung genannt wird, unerlässlich sind. Diese Kontakte führen zum Erwerb des Antigens aus follikulären dendritischen Zellen durch B-Zellen, zu kognitiven T-Zell-B-Zell-Interaktionen, die das Überleben von affinen B-Zell-Klonen sichern, und schließlich zur Rezirkulation von B-Zellen innerhalb bestimmter Zonen des Keimzentrums. Während der Rezirkulation nimmt die Antigen-Affinität der membrangebundenen Form des Immunglobulins, des B-Zell-Rezeptors, durch akkumulierte Mutationen in den Immunglobulin-Genen stetig zu. In der Keimzentrumsreaktion kommen ihm zwei Rollen zu: Er ist verantwortlich für die Aufnahme des Antigens und überträgt Signale ins Innere der Zelle. So könnte die Affinität des B-Zell-Rezeptors neben der Erleichterung der Antigenaufnahme auch eine entscheidende Rolle bei der Signaltransduktion spielen, eine Rolle des Keimzentrums-B-Zell-Rezeptors, die schon lange in der Diskussion steht. Wir zeigen hier, dass durch die Stimulation des B-Zellrezeptors der Calciumeinstrom in B-Zellen initiiert wird und die Calciumkonzentration mit der Zeit und mit der Affinität des Rezeptors zum Antigen ansteigt. Zur Überwachung der Signaltransduktion durch B-Zell-Rezeptoren in vivo haben wir einen neuartigen transgenen Reporter-Mausstamm namens YellowCaB entwickelt, der das calciumempfindliche Förster-Resonanzenergietransfer-Sensorprotein TN-XXL in CD19+ B-Zellen exprimiert. Mithilfe der intravitalen Zweiphotonenmikroskopie sind wir erstmals in der Lage, das Signaling von B-Zell-Rezeptoren zeitlich und räumlich im lebenden Organismus zu analysieren und gleichzeitig Zell-zu-Zell-Interaktionen und Migration zu untersuchen. Unser System erhält dabei die naturgegebenen Strukturen des Gewebes, was so in Kultur nicht machbar wäre. Darüber hinaus bietet uns die Fluoreszenzlebensdauer-Bildgebung die Möglichkeit, Calciumkonzentrationen mit Entscheidungen über das Zellschicksal in Beziehung zu setzen. Mit dieser Methode konnten wir zeigen, dass naive und antigenspezifische B-Zellen innerhalb und außerhalb von Keimzentren eine differentielle Faltung von TN-XXL (und damit Calciumkonzentration) aufweisen. Die Beobachtung von kolokalisierten B-Zellen, die mit dem Calciumzufluss in einem der Reaktionspartner zusammenfiel, führte zu der Hypothese, dass neben follikulären dendritischen Zellen auch B-Zellen selbst eine Quelle der Stimulation von B-Zell-Rezeptoren sind. Zusammen mit CD40L-Signalen von T-follikulären Helferzellen und Signalen, die von Toll-ähnlichen Rezeptoren stammen, wird der B-Zell-Calciumspiegel streng reguliert, um das Ergebnis der Keimzentrumsreaktion zu kontrollieren. Die terminale Differenzierung könnte eine direkte Folge der Aufsummierung dieser Signale sein. Um dies zu unterstützen, konnten wir zeigen, dass B-Zellen in der Lage sind, auf äußere Reize mehrmals durch Calciumzufuhr ohne Erschöpfung zu reagieren. Zusammengefasst stellen wir hier einen neuen Wirkmechanismus für B-Zellen vor, die an der Keimzentrumsreaktion teilnehmen und ihr eigenes Schicksal rückkoppeln. Daher ist das Signaling von B-Zell-Rezeptoren ein wesentlicher Bestandteil der B-Zell-, Plasmazell- und Gedächtnis-B-Zell-Entwicklung.
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