VDJ-rekombinasjon av B-celle-reseptoren etter hematopoietisk stamcelle-transplantasjon (VReST)

Formål og mål

Det humorale immunforsvaret er avgjørende for å bygge opp beskyttende responser mot alvorlige mikrobielle infeksjoner. Dette er en svært spesifikk respons, der naive B-cellekloner som gjenkjenner epitoper på en patogen aktiveres, klonalt ekspanderer og differensierer til minne-B-celler og antistoffproduserende plasmaceller.

Spesifisiteten til responsen er avhengig av VDJ-rekombinasjon som skaper naive B-cellekloner, hver med en distinkt B-celle-reseptor som bærer unike variable (V), diversitet (D) og sammenføyende segmenter. Mens prosessen med VDJ-rekombinasjon er godt undersøkt, er det ikke godt etablert hvordan/om VDJ-rekombinasjon påvirkes i B-celler etter autolog eller allogen stamcelletransplantasjon. Slik kunnskap kan forbedre strategier for revaksinering av sårbare pasientgrupper som krever stamcelletransplantasjon for å lindre en rekke hematologiske lidelser. Her vil vi bruke prøver fra individer før og etter hematologisk stamcelletransplantasjon for å bedre definere påvirkningen på VDJ-rekombinasjon og klonale responser på vaksineantigener.

Bakgrunn

Stamcelletransplantasjon er en prosedyre der mesteparten/alle hematopoietiske celler utryddes fra en pasient og erstattes med nye stamceller som stammer fra "selv" (autolog) eller fra en MHC-matchet donor. Ved en vellykket stamcelleoverføring vil nye og sunne hematopoietiske celler oppstå. Etter prosedyren går immunitet mot flere vaksineforebyggbare sykdommer tapt eller blir alvorlig svekket, noe som utsetter pasienten for risiko.

Etter transplantasjon vaksineres pasienter mot flere infeksjonssykdommer i henhold til et etablert vaksinasjonsskjema. Dette gir en mulighet til å studere VDJ-rekombinasjon i en situasjon der immunforsvaret er "nullstilt" - sammenligne og kontrastere situasjonen før prosedyren samt forskjeller mellom autolog og allogen transplantasjon.

Et standardisert vaksinasjonsskjema basert på anbefalinger fra European Conference on Infections in Leukemia (ECIL) implementeres for HSCT-pasienter. Vaksinasjon mot pneumokokkinfeksjoner, kapslet haemophilus influenzae, stivkrampe, difteri, polio, kikhoste, covid19 og influenza anbefales til alle. Ytterligere vaksinasjon kan vurderes i henhold til pasientens preferanser.

B-celler er avgjørende for humorale immunresponser, da de spesifikt responderer på et antigen og deretter differensierer til antistoffproduserende plasmaceller, og til minne-B-celler. Viktigheten av dette for beskyttelse mot en primærinfeksjon belyses lett av mottakelighet for alvorlig infeksjonssykdom hvis det humorale immunforsvaret er defekt eller etter behandling med B-celledeplisjonerende medikamenter, som anti-CD20-antistoffer. I tillegg beskytter dannelsen av immunologisk minne oss mot reinfeksjon med samme patogen. Av kritisk betydning for denne responsen er antigenspesifisiteten til B-celle-reseptoren (BCR) til naive B-cellekloner.

BCR består av en immunoglobulintung- og lettkjede med en distinkt spesifisitet. Spesifisiteten skapes av VDJ-rekombinasjon der ett av tallrike V-, D- og J-segmenter kombineres til en VDJ-region i tungkjeden, og ett av tallrike V- og J-segmenter kombineres til en lettkjede. Kombinasjonen av disse sikrer at fremvoksende naive B-cellekloner hver har en distinkt og unik evne til å gjenkjenne et epitop. Mangfoldigheten som genereres sikrer at immunforsvaret kan respondere klonalt på nesten enhver fremmed patogen det møter. Ved BCR-sekvensering av B-celler er det derfor mulig å bestemme nøyaktig hvilke V-, D- eller J-segmenter som tilfeldig har blitt rekombinert for å gjenkjenne et spesifikt antigen. T-celler gjennomgår en lignende prosess med VDJ-rekombinasjon etter modning i tymus.

Etter stamcelletransplantasjon utvikler VJ-segmentet av beta-kjeden T-celle-reseptoren seg med en relativ symmetri, men redusert kompleksitet, sammenlignet med donoren. Dette kan forklare hvorfor B-celler kan vise redusert T-celle-avhengig somatisk hypermutasjon etter transplantasjon. Imidlertid er det ikke godt forstått om et lignende sett med B-cellekloner vil oppstå etter autolog stamcelletransplantasjon eller fra en allogen donor. Siden stamcelletransplantasjonspasienter gjennomgår vaksinasjon, vil dette tillate oss å nøye studere prosessen med antigenspesifikk VDJ-rekombinasjon før og etter "nullstilling" av immunforsvaret, og koble dette til antigenspesifikke responser etter vaksinasjon. Vi hypotetiserer at dette vil avdekke ytterligere informasjon om hvordan/om transplanterens natur vil påvirke nedstrøms VDJ-rekombinasjon og føre til en endret evne eller mønster for immun gjenkjenning.

Videre har det blitt vist at svekket humoralt immunrespons under aldring kan være avhengig av ekstrinsiske snarere enn intrinsiske faktorer som påvirker Bcl6- og CD39-uttrykk i T-cellekompartementet. Den potensielle tilgjengeligheten av prøver fra allogene donorer med aldersvariasjon vil tillate potensiell verifisering av disse resultatene hos mennesker.

Prosjektbeskrivelse

Studiestruktur

Dette er en observasjonskohortstudie som følger pasienter etter stamcelletransplantasjon og undersøker B-celleutviklingen etter det standardiserte og etablerte vaksinasjonsskjemaet gitt som del av klinisk praksis. I den nåværende versjonen av dette skjemaet i Västerbotten inkluderes vaksinasjon mot pneumokokker, haemophilus influenzae, COVID-19, stivkrampe, difteri, polio og kikhoste. Meslinger, kusma og røde hunder vaksinasjon kan gis etter negativ immunitetstest 24 måneder etter transplantasjon.

Prøvetaking

i. Prøvetaking før immunosuppressiv medisinering initieres

ii. Prøvetaking ved innleggelse for stamcelletransplantasjon

iii. Prøvetaking før hvert vaksinasjonstidspunkt opp til 24 måneder etter transplantasjon.

iv. Ved allogen transplantasjon prøvetaking av relatert donor hvis tilgjengelig (prøvetaking en gang).

Blodprøveanalyse

B-cellekarakterisering og VDJ-sekvensering

Antigenspesifikk identifikasjon av B-celler; Vi vil bruke etablert metodikk for å detektere antigenspesifikke B-celler. Kort fortalt vil biotin- og fluorokrommerket SARS-CoV-2-protein eller influensa type A hemagglutininprotein brukes for å bestemme vaksinespesifikke CD19+ CD20+ B-celler ved flowcytometri. Vi vil fokusere på celler som har gjennomgått tymusavhengig B-cellerespons (CD27+IgD-) og fenotype disse for aktiveringsmarkører som DAF og CD71.

For undersøkelse av VDJ-repertoaret før og etter transplantasjon vil vi hovedsakelig stole på bulk-sekvensering, men kan underkaste prøver enkeltcelle-sekvensering for å avdekke om tung- og lettkjede-parring påvirkes av transplantasjonen. Vi har også som mål å dissekere transkripsjonelle mønstre i B-celler for å avdekke spesifikke mønstre eller molekyler som aktivt forutsier effektiv etablering av Bmem eller plasmakimærer etter stamcelletransplantasjon. For transkripsjonelle mønstre vil vi utføre 10x Chromium enkeltcelle-genuttrykk for å gi enkeltcelle-transkriptomet fra opptil 10 000 vaksinespesifikke Bmem-celler. Ved kombinatorisk analyse av både fenotypiske og transkriptomiske data vil vi kunne identifisere biomarkører eller genuttrykksmønstre som forutsier robust etablering av "boostable" immunologisk minne etter stamcelletransplantasjon.