VDJ-Rekombination des B-Zell-Rezeptors nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation (VReST)

Zweck und Ziele

Das humorale Immunsystem ist entscheidend für die Entwicklung schützender Reaktionen gegen schwere mikrobielle Infektionen. Dies ist eine hochspezifische Reaktion, bei der naive B-Zellklone, die Epitope auf einem Pathogen erkennen, aktiviert werden, klonal expandieren und sich zu Gedächtnis-B-Zellen und antikörperproduzierenden Plasmazellen differenzieren.

Die Spezifität der Reaktion hängt von der VDJ-Rekombination ab, die naive B-Zellklone erzeugt, von denen jeder einen distinkten B-Zellrezeptor mit einzigartigen variablen (V), diversen (D) und joining-Segmenten trägt. Während der Prozess der VDJ-Rekombination gut erforscht ist, ist nicht gut etabliert, wie/ob die VDJ-Rekombination in B-Zellen nach autologer oder allogener Stammzelltransplantation beeinflusst wird. Solches Wissen könnte Strategien zur Wiederimpfung gefährdeter Patientengruppen verbessern, die eine Stammzelltransplantation zur Linderung einer Reihe hämatologischer Störungen benötigen. Hier werden wir Proben von Personen vor und nach hämatologischer Stammzelltransplantation nutzen, um die Auswirkungen auf die VDJ-Rekombination und klonale Reaktionen auf Impfantigene besser zu definieren.

Hintergrund

Stammzelltransplantation ist ein Verfahren, bei dem die meisten/alle hämatopoetischen Zellen bei einem Patienten ausgelöscht und durch neue Stammzellen ersetzt werden, die von "selbst" (autolog) oder von einem MHC-kompatiblen Spender stammen. Nach erfolgreicher Stammzellübertragung entstehen neue und gesunde hämatopoetische Zellen. Nach dem Eingriff geht die Immunität gegen mehrere impfpräventable Erkrankungen verloren oder ist stark beeinträchtigt, was den Patienten gefährdet.

Nach der Transplantation werden Patienten gemäß einem etablierten Impfplan gegen mehrere Infektionskrankheiten geimpft. Dies bietet eine Gelegenheit, die VDJ-Rekombination in einer Situation zu untersuchen, in der das Immunsystem "zurückgesetzt" wird – Vergleich und Kontrast der Situation vor dem Eingriff sowie Unterschiede zwischen autologer und allogener Transplantation.

Ein standardisierter Impfplan basierend auf Empfehlungen der European Conference on Infections in Leukemia (ECIL) wird für HSCT-Patienten umgesetzt. Impfungen gegen Pneumokokkeninfektionen, kapsuliertes Haemophilus influenzae, Tetanus, Diphtherie, Polio, Pertussis, COVID-19 und Influenza werden für alle empfohlen. Weitere Impfungen können gemäß den Präferenzen des Patienten in Betracht gezogen werden.

B-Zellen sind entscheidend für humorale Immunantworten, da sie spezifisch auf ein Antigen reagieren und sich dann zu antikörperproduzierenden Plasmazellen und zu Gedächtnis-B-Zellen differenzieren. Die Bedeutung hiervon für den Schutz vor einer Primärinfektion wird deutlich durch die Anfälligkeit für schwere Infektionskrankheiten, wenn das humorale Immunsystem defekt ist oder nach Behandlung mit B-Zell-depletierenden Medikamenten wie Anti-CD20-Antikörpern. Zusätzlich schützt die Erzeugung von immunologischem Gedächtnis vor Reinfektion mit dem gleichen Pathogen. Von entscheidender Bedeutung für diese Reaktion ist die Antigenspezifität des B-Zellrezeptors (BCR) naiver B-Zellklone.

Der BCR umfasst eine Immunglobulin-Schwer- und -Leichtkette mit einer distinkten Spezifität. Die Spezifität wird durch VDJ-Rekombination erzeugt, wobei eines von zahlreichen V-, D- und J-Segmenten zu einer VDJ-Region der Schwerkette kombiniert wird und eines von zahlreichen V- und J-Segmenten zu einer Leichtkette kombiniert wird. Die Kombination dieser sichert, dass entstehende naive B-Zellklone jeweils eine distinkte und einzigartige Fähigkeit haben, ein Epitop zu erkennen. Die erzeugte Diversität stellt sicher, dass das Immunsystem klonal auf fast jedes fremde Pathogen reagieren kann, dem es begegnet. Durch BCR-Sequenzierung von B-Zellen ist es daher möglich, genau zu bestimmen, welche V-, D- oder J-Segmente zufällig rekombiniert wurden, um ein spezifisches Antigen zu erkennen. T-Zellen durchlaufen einen ähnlichen Prozess der VDJ-Rekombination nach Reifung im Thymus.

Nach Stammzelltransplantation entwickelt sich das VJ-Segment der Beta-Kette des T-Zellrezeptors mit einer relativen Symmetrie, aber reduzierter Komplexität im Vergleich zum Spender. Dies könnte erklären, warum B-Zellen nach Transplantation eine reduzierte T-Zell-abhängige somatische Hypermutation aufweisen könnten. Es ist jedoch nicht gut verstanden, ob ein ähnlicher Satz von B-Zellklonen nach autologer Stammzelltransplantation oder der eines allogenen Spenders entstehen wird. Da Stammzelltransplantationspatienten geimpft werden, ermöglicht dies uns, den Prozess der antigenspezifischen VDJ-Rekombination vor und nach dem "Zurücksetzen" des Immunsystems genau zu untersuchen und dies mit antigenspezifischen Reaktionen nach Impfung zu koppeln. Wir stellen die Hypothese auf, dass dies weitere Informationen darüber offenbaren wird, wie/ob die Art der Transplantation nachgeschaltete VDJ-Rekombination beeinflusst und zu einer veränderten Fähigkeit oder Muster der Immunerkennung führt.

Darüber hinaus wurde gezeigt, dass beeinträchtigte humorale Immunantworten während des Alterns von extrinsischen anstatt intrinsischen Faktoren abhängen könnten, die Bcl6- und CD39-Expression im T-Zellkompartiment beeinflussen. Die potenzielle Verfügbarkeit von Proben von allogenen Spendern mit Altersvariation wird eine potenzielle Verifizierung dieser Ergebnisse beim Menschen ermöglichen.

Projektbeschreibung

Studienstruktur

Dies ist eine Beobachtungskohortenstudie, die Patienten nach Stammzelltransplantation verfolgt und die B-Zellentwicklung gemäß dem standardisierten und etablierten Impfplan untersucht, der als Teil der klinischen Praxis gegeben wird. In der aktuellen Version dieses Plans in Västerbotten sind Impfungen gegen Pneumokokken, Haemophilus influenzae, COVID-19, Tetanus, Diphtherie, Polio und Keuchhusten enthalten. Masern-, Mumps- und Rötelnimpfung können nach negativem Immunitätstest 24 Monate nach Transplantation gegeben werden.

Probenentnahme

i. Probenentnahme vor Beginn der immunsuppressiven Medikation

ii. Probenentnahme bei Aufnahme zur Stammzelltransplantation

iii. Probenentnahme vor jedem Impfzeitpunkt bis zu 24 Monaten nach Transplantation.

iv. Bei allogener Transplantation Probenentnahme von verwandtem Spender, falls verfügbar (einmalige Probenentnahme).

Blutprobenanalyse

B-Zellcharakterisierung und VDJ-Sequenzierung

Antigenspezifische Identifizierung von B-Zellen; Wir werden etablierte Methodik verwenden, um antigenspezifische B-Zellen zu detektieren. Kurz gesagt werden biotin- und fluorochrommarkierte SARS-CoV-2-Proteine oder Influenza-Typ-A-Hämagglutininproteine genutzt, um impfspezifische CD19+ CD20+ B-Zellen durch Durchflusszytometrie zu bestimmen. Wir werden uns auf Zellen konzentrieren, die thymusabhängige B-Zellantworten durchlaufen haben (CD27+IgD-) und diese auf Aktivierungsmarker wie DAF und CD71 phänotypisieren.

Für die Untersuchung des VDJ-Repertoires vor und nach Transplantation werden wir hauptsächlich auf Bulk-Sequenzierung zurückgreifen, können aber Proben der Einzelzellsequenzierung unterziehen, um aufzudecken, ob die Paarung von schwerer und leichter Kette durch die Transplantation beeinflusst wird. Wir zielen auch darauf ab, transkriptionelle Muster in B-Zellen zu analysieren, um spezifische Muster oder Moleküle aufzudecken, die aktiv die effiziente Etablierung von B-Gedächtniszellen oder Plasmablasten nach Stammzelltransplantation vorhersagen. Für transkriptionelle Muster werden wir 10x Chromium Einzelzell-Genexpression durchführen, um das Einzelzelltranskriptom von bis zu 10.000 impfspezifischen B-Gedächtniszellen bereitzustellen. Durch kombinierte Analyse sowohl phänotypischer als auch transkriptomischer Daten werden wir in der Lage sein, Biomarker oder Genexpressionsmuster zu identifizieren, die eine robuste Etablierung von "boostfähigem" Immungedächtnis nach Stammzelltransplantation vorhersagen.