Altersabhängige Veränderungen im menschlichen naiven und Gedächtnis-B-Zell-Pool auf Einzelzellebene
Die vorliegende Dissertation beinhaltete Arbeiten, die zur Klärung der Zusammensetzung des B-Zell-Pools sowie zu dessen Funktionalität bei Neugeborenen beitragen. Darüber hinaus wurden Erkenntnisse über die Transition von einem neonatalen, frühkindlichen B-Zell-Immunsystem zu einem adulten gewonnen.
Das Immunsystem von Neugeborenen ist als ineffektiv und unreif beschrieben. In der vorliegenden Arbeit konnte jedoch gezeigt werden, dass das neonatale B-Zell-Pool einen hohen Anteil an reifen B-Zellen besitzt, die in der Lage sind, ausgeprägte Immunantworten hervorzurufen. Insbesondere T-Zell-unabhängige Stimuli zogen intensive Reaktionen nach sich, die sogar stärker ausfielen als beim adulten Gegenpart. Für eine ausführliche Analyse von einzelnen B-Zell-Populationen im Neugeborenen und Erwachsenen sowie der Transition des Immunsystems von neonatal zu adult wurden vergleichende Einzelzellanalysen (auf Transkriptions- Epigenetischer und Proteinebene) mehrerer Altersstufen (0 bis 30 Jahre) durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass die Ausreifung eines adulten B-Zell-Immunsystems bis zu 10 Jahre in Anspruch nimmt. Hierbei waren sowohl altersabhängige Dynamiken im naiven als auch im Gedächtnis-B-Zell-Kompartiment zu beobachten. Im naiven Pool existieren im Neugeborenen zwei distinkte B-Zell-Populationen, von denen eine sukzessive im Altersverlauf abnimmt, bis diese in Erwachsenen kaum noch nachzuweisen ist. Erklärungen hierfür könnten verschiedene B-Zell-Linien sein. Bei der Analyse des Gedächtnis-Pools zeigte sich überraschenderweise, dass auch im Neugeborenen B-Zellen existieren, die eine Gedächtnis-Signatur aufweisen, jedoch keine Anzeichen von Affinitätsreifung oder Klassenwechsel zeigen. Die am wenigsten „ausgereifte“ Population im Gedächtnis-B-Zell-Pool verringerte sich zunehmend mit dem Alter. Interessanterweise konnten Zellen dieser mit dem Alter abnehmenden Populationen zu allen bekannten Gedächtnis-Subsets differenzieren. Insofern könnten sich diese Zellen in einem sehr frühen Stadium der Gedächtnisreifung befinden. Auch auf epigenetischer Ebene zeigten sich Unterschiede zwischen neonatalen und adulten Gedächtnis B-Zellen. Schließlich wurde eine Pipeline für die Synthese humaner rekombinanter Antikörper etabliert.
The present dissertation included work that contributes to clarifying the composition of the B-cell pool as well as its functionality in newborns. In addition, insights were gained into the transition from a neonatal, early childhood B-cell immune system to an adult one.
The immune system of newborns is described as ineffective and immature. However, this work showed that the neonatal B-cell pool has a high proportion of mature B-cells capable of eliciting pronounced immune responses. In particular, T-cell-independent stimuli elicited intense reactions that were even stronger than in the adult counterpart. For a detailed analysis of individual B-cell populations in newborns and adults, as well as the transition of the immune system from neonatal to adult, comparative single-cell analyses (on transcriptional, epigenetic, and protein levels) of several age groups (0 to 30 years) were performed. It turned out that the maturation of an adult B-cell immune system takes up to 10 years. Both age-dependent dynamics in the naïve and memory B-cell compartment could be observed. In the naïve pool, two distinct B-cell populations exist in newborns, one of which gradually decreases with age until it is hardly detectable in adults. Possible explanations for this could be different B-cell lineages. In the analysis of the memory pool, surprisingly, it was shown that B-cells with a memory signature also exist in newborns but show no signs of affinity maturation or class switching. The least "mature" population in the memory B cell pool decreased with age. Interestingly, cells of these decreasing populations could differentiate into all known memory subsets. Therefore, these cells could be in a very early stage of memory maturation. Differences between neonatal and adult memory B-cells were also observed on an epigenetic level. Finally, a pipeline for the synthesis of human recombinant antibodies was established.