Regina Theiß

• Die zentrale Rolle von B- Zellen in der Pathogenese und Therapie von Autoimmunerkrankungen hat in den letzten Jahren zu unterschiedlichen therapeutischen Ansätzen geführt, B- Zellen direkt oder indirekt zu targetieren. Der bisher effektivste Ansatz stellt der monoklonale anti- CD20 Antikörper Rituximab dar. Nach Gabe von Rituximab kommt es zu einer passageren, in der Regel sechs bis neun Monate anhaltenden peripheren B- Zelldepletion. Die anti- CD20 vermittelte B- Zelldepletion stellt zwar ein vielversprechendes Therapieverfahren in derDie zentrale Rolle von B- Zellen in der Pathogenese und Therapie von Autoimmunerkrankungen hat in den letzten Jahren zu unterschiedlichen therapeutischen Ansätzen geführt, B- Zellen direkt oder indirekt zu targetieren. Der bisher effektivste Ansatz stellt der monoklonale anti- CD20 Antikörper Rituximab dar. Nach Gabe von Rituximab kommt es zu einer passageren, in der Regel sechs bis neun Monate anhaltenden peripheren B- Zelldepletion. Die anti- CD20 vermittelte B- Zelldepletion stellt zwar ein vielversprechendes Therapieverfahren in der Behandlung der Rheumatoiden Arthritis dar, derzeit ist noch wenig über das Regenerationsverhalten von B- Zellen nach Therapie mit Rituximab bekannt. Daher wurde in dieser Arbeit die B-Zellrepopulation insbesondere hinsichtlich der Modulation des Mutationsmusters des B- Zellrezeptors untersucht. Dazu wurde die VH4- Familie des Immunglobulinrezeptors- prospektiv vor und nach anti- CD20 vermittelter B- Zelldepletion analysiert. Bei drei Patienten (A-C) wurden die Ig-VH4 Gene aus genomischer DNA peripherer B- Zellen amplifiziert, subkloniert und sequenziert. Die Analyse erfolgte zu drei verschiedenen Zeitpunkten: Vor Therapie, in der frühen Regenerationsphase mit einem B- Zellanteil von 1% bis 1,3% im peripheren Blut und in der späten Regenerationsphase, zwei bis drei Monate nach der frühen Regenerationsphase Mini Gene wie VH4-34 und VH4-39, die in Verbindung mit Autoimmunität stehen, waren vor Einleitung der Therapie relativ überexprimiert. Die Behandlung mit Rituximab führte bei allen drei Patienten zu einer Veränderung des Repertoires der regenerierenden B- Zellen mit einer reduzierten Benutzung der VH4-39 Gene, außerdem bei Patient A zusätzlich der VH4-34 Gene. Tief greifende Veränderungen fanden sich während der frühen Regenerationsphase durch den Nachweis einer rezirkulierenden Population hochmutierter B- Zellen, die in einer durchgeführten Immunophänotypisierung mit spezifischen Oberflächenmarkdern als Plasmazellen identifiziert wurden. Da Plasmazellen kein CD20 Molekül exprimieren, werden sie durch eine anti-CD20 vermittelte Therapie nicht direkt eliminiert. Sie zirkulieren während der Phase der B- Zelldepletion aber auch nicht im peripheren Blut. Interessanterweise sind sie in der frühen Regenerationsphase in der Peripherie als erste mit hohem relativem Anteil nachweisbar. Daher wurde untersucht, ob auch Plasmazellen durch die Therapie moduliert werden, obwohl sie durch Rituximab nicht direkt targetiert werden. Hierfür wurden die Sequenzen mit hochmutiertem Ig- Rezeptor (>9 Mutationen/Sequenz) im Verlauf einer detaillierten Analyse zugeführt. Dabei wurde insbesondere das Mutationsmuster in RGYW/WRCY Hotspot Motiven und in den CDR- Regionen untersucht. Die Analyse der Mutationshäufigkeit in RGYW/WRCY Hotspot Motiven erlaubt eine Abschätzung, in wieweit die somatische Hypermutation der B- Zellen durch T- Zell abhängige Differenzierung erfolgte. Die als Plasmazellen identifizierten hochmutierten Sequenzen zeigten vor der Therapie Charakteristika einer aktiven Erkrankung mit einem verminderten Targeting der RGYW/WRCY Motive. Dagegen zeigte sich in den rezirkulierenden Plasmazellen während der frühen Regenerationsphase ein zunehmendes Targeting der RGYW/WRCY Motive. Dies spricht für einen Repertoire Shift zu mehr T- Zell abhängigen B- Zell Mutationen. Ein Zustand, wie er bei Gesunden beobachtet wird. Um die Hypothese einer Rituximab- induzierten Modulation des Plasmazellkompartimentes weiter zu untermauern, wurde der R/S Quotient, d.h. das Verhältnis von Silent zu Replacement Mutationen in den hypervariablen Regionen (CDRs) der hochmutierten Plasmazell-Ig Sequenzen bestimmt. Interessanterweise fanden sich in der Regenerationsphase signifikant erhöhte R/S Ratios in den rezirkulierenden Plasmazellen.. Die signifikante Zunahme an Replacement Mutationen in den CDR- Regionen, welche sich in einer Zunahme des R/S Verhältnisses wiederspiegelt, kann als Entwicklung des Ig- Repertoires durch positive Antigenselektion interpretiert werden und weist somit eine Rituximab- induzierte Veränderung auf, wie man sie sonst bei gesunden Individuen findet. Zusammenfassend zeigt unsere Studie, dass die transiente anti- CD20 vermittelte B- Zelldepletion auch zu einer indirekten Modulation des Plasmazellkompartimentes führt. Insbesondere werden postrekombinatorische Imprints des B- Zell Rezeptors, wie somatische Hypermutation und Antigen Selektion, verändert, die mit hoher Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Autoimmunität bei der Rheumatoiden Arthritis eine Rolle spielen. Zusätzlich kann die Modulation des genetischen Imprints der Ig Rezeptoren bei der Rheumatoiden Arthritis eventuell als möglicher Biomarker entwickelt werden, um ein Ansprechen auf die Therapie vorherzusagen. Dies bedarf weiterer Untersuchungen, um tiefer greifende Einblicke in Prozesse zu erlangen, die durch zukünftige Therapien beeinflussbar werden.…
• Given that B cells play a central role in the pathogenesis of autoimmune diseases, different therapeutic attempts that target B cells directly or indirectly have been developed in the recent years. Anti CD20 monoclonal antibody, Rituximab poses to be an effective therapeutic agent, to date, in such treatment. Administration of Rituximab leads to transient depletion of B cells, with persistent deletion of peripheral B cells for a period of six to nine months. Although anti CD20 mediated B cell depletion seems to be promising in the treatment ofGiven that B cells play a central role in the pathogenesis of autoimmune diseases, different therapeutic attempts that target B cells directly or indirectly have been developed in the recent years. Anti CD20 monoclonal antibody, Rituximab poses to be an effective therapeutic agent, to date, in such treatment. Administration of Rituximab leads to transient depletion of B cells, with persistent deletion of peripheral B cells for a period of six to nine months. Although anti CD20 mediated B cell depletion seems to be promising in the treatment of rheumatoid arthritis, little is known about the regeneration profile of B cells following therapy. Therefore, B cell recapitulation, in particular, modulation of mutations in the regenerating B cell receptor was examined in the current study. In this context the immunoglobulin VH4 family receptors were analyzed. In 3 patients A-C, the peripheral B cell Ig-VH4 rearrangements were amplified from genomic DNA, sub cloned and sequenced from three different time points. The first time point was before B cell depletive therapy, the second one refers to the early regeneration phase, the earliest time point after therapy when significant amount of B cells were found in periphery. This corresponds to approximately 1-1.5% B cells in the peripheral circulation and was achieved in five to seven months following rituximab therapy. The third time point namely the late regeneration phase commences three months after the early regeneration phase and the corresponding B cell proportion in the peripheral blood is 1.5-2%. B cell depletion caused prominent changes in the regenerating repertoire in context to the usage of the single variable gene segments and also mutational aspects and distribution of mutations in the RGYW/WRCY hotspot motifs. Mini genes like VH4-34 and 4-39, previously linked to autoimmunity, were predominantly expressed in the repertoire before therapy. Rituximab introduced significant modulation in the recapitulating repertoire which was evident by reduced usage on VH4-39 genes in all three patients and additionally also VH4-34 in patient A. Striking changes were observed in the early regeneration phase with a wave of highly mutated B cells in the peripheral circulation. Immunophenotyping revealed that these were plasma cells. As plasma cells do not express CD20 molecule on their surface they are not directly targeted by anti CD20 therapy. However, these cells were not found in peripheral circulation following rituximab therapy. Interestingly they were found to recirculate in higher levels in the early regeneration phase. Therefore it was intriguing to investigate if plasma cells were also modulated by anti CD20 therapy although they were not directly targeted by the therapy. In this connection, the highly mutated Ig sequences (corresponding to plasma cell sequences with >9 mutations per sequence) were analyzed in detail. In particular, the mutational targeting to the RGYW/WRCY hotspot motifs and mutations in the complementary determining regions (CDRs) were examined. Analysis of mutational confinement to the RGYW/WRCY motifs reveals if the somatic hypermutation in the B cells were T cell driven or not. In the current study the plasma cells during active rheumatoid arthritis showed reduced levels of RGYW/WRCY mutations. In contrast the plasma cells in the regeneration phase represented increased mutations in the RGYW/WRCY motifs suggesting a T cell induced pathway of B cell mutations as expected in healthy state. To further substantiate the hypothesis of plasma cell modulation by rituximab therapy, the ratio of replacement to silent (R/S) mutations in the CDRs of highly mutated plasma cell sequences were analyzed. The plasma cells in the early regeneration phase showed elevated levels of R/S mutations in the CDRs compared to that before therapy. The significantly higher number of replacement mutations in the CDRs leading to increased R/S mutations could be interpreted as a rituximab induced shift of Ig repertoire towards a positive antigen selected B cells which is a characteristic of healthy individuals. To summarize, our study shows that anti CD20 mediated transient B cell depletion leads to an indirect modulation of the plasma cell compartment. In particular post recombinatorial processes such as somatic hypermutaion and antigenic selection which were supposed to play a role in the autoimmune mechanisms of rheumatoid arthritis. Moreover, modulation of the genetic imprints of the Ig receptor could be developed as a potential biomarker candidate in the study of efficacy of such treatment in rheumatoid arthritis. Additional investigations to gain further insights into the processes are required to design potential therapies for future.…