VDJ-rekombination av B-cellsreceptorn efter hämatopoetisk stamcellstransplantation (VReST)

Syfte och mål

Det humorala immunsystemet är avgörande för att utveckla skyddande responser mot allvarliga mikrobiella infektioner. Detta är en mycket specifik respons, där naiva B-cellskloner som känner igen epitoper på en patogen aktiveras, klonalt expanderar och differentierar till minnes-B-celler och antikroppsproducerande plasmaceller.

Responsens specificitet är beroende av VDJ-rekombination som skapar naiva B-cellskloner, var och en med en distinkt B-cellreceptor som bär unika variabla (V), diversitets- (D) och kopplingssegment. Medan processen för VDJ-rekombination är väl undersökt, är det inte väl etablerat hur/om VDJ-rekombination påverkas i B-celler efter autolog eller allogen stamcellstransplantation. Sådan kunskap kan förbättra strategier för att återvaccinera sårbara patientgrupper som kräver stamcellstransplantation för att lindra ett antal hematologiska störningar. Här kommer vi att använda prover från individer före och efter hematologisk stamcellstransplantation för att bättre definiera påverkan på VDJ-rekombination och klonala responser mot vaccinantigener.

Bakgrund

Stamcellstransplantation är en procedur där de flesta/alla hematopoetiska celler utrotas från en patient och ersätts med nya stamceller som härrör från "själv" (autolog) eller från en MHC-matchad donator. Vid en framgångsrik stamcellöverföring kommer nya och friska hematopoetiska celler att uppstå. Efter proceduren förloras eller försämras allvarligt immunitet mot flera vaccinpreventerbara sjukdomar, vilket utsätter patienten för risk.

Efter transplantation vaccineras patienter mot flera infektionssjukdomar enligt ett etablerat vaccinschema. Detta ger en möjlighet att studera VDJ-rekombination i en situation där immunsystemet är "återställt" - jämföra och kontrastera situationen före proceduren samt skillnader mellan autolog och allogen transplantation.

Ett standardiserat vaccinschema baserat på rekommendationer från European Conference on Infections in Leukemia (ECIL) implementeras för HSCT-patienter. Vaccination mot pneumokockinfektioner, kapslad Haemophilus influenzae, stelkramp, difteri, polio, kikhosta, covid19 och influenza rekommenderas för alla. Ytterligare vaccination kan övervägas enligt patientens preferenser.

B-celler är avgörande för humorala immunsvar, eftersom de specifikt svarar på ett antigen och sedan differentierar till antikroppsproducerande plasmaceller och till minnes-B-celler. Vikten av detta för skydd mot en primär infektion belyses tydligt av mottaglighet för allvarlig infektionssjukdom om det humorala immunsystemet är defekt eller efter behandling med B-cell-depleterande läkemedel, såsom anti-CD20-antikroppar. Dessutom skyddar genereringen av immunologiskt minne oss mot återinfektion med samma patogen. Av kritisk betydelse för detta svar är antigen-specificiteten hos B-cellreceptorn (BCR) hos naiva B-cellskloner.

BCR består av en immunoglobulintung och lätt kedja med en distinkt specificitet. Specificiteten skapas genom VDJ-rekombination där ett av många V-, D- och J-segment kombineras till en VDJ-region på den tunga kedjan, och ett av många V- och J-segment kombineras till en lätt kedja. Kombinationen av dessa säkerställer att uppkommande naiva B-cellskloner var och en har en distinkt och unik förmåga att känna igen ett epitop. Den diversitet som genereras säkerställer att immunsystemet kan svara klonalt på nästan vilken främmande patogen som helst det möter. Genom BCR-sekvensering av B-celler är det därför möjligt att bestämma exakt vilka V-, D- eller J-segment som slumpmässigt har rekombinerats för att känna igen ett specifikt antigen. T-celler genomgår en liknande process av VDJ-rekombination efter mognad i tymus.

Efter stamcellstransplantation utvecklas VJ-segmentet av T-cellreceptorns betakedja med en relativ symmetri men reducerad komplexitet, jämfört med donatorn. Detta kan förklara varför B-celler kan uppvisa reducerad T-cell-beroende somatisk hypermutation efter transplantation. Det är dock inte väl förstått om en liknande uppsättning B-cellskloner kommer att uppstå efter autolog stamcellstransplantation eller från en allogen donator. Eftersom stamcellstransplantationspatienter genomgår vaccination kommer detta att tillåta oss att noggrant studera processen för antigen-specifik VDJ-rekombination före och efter "återställning" av immunsystemet, och att koppla detta till antigenspecifika responser efter vaccination. Vi antar att detta kommer att avslöja ytterligare information om hur/om transplantationens natur kommer att påverka nedströms VDJ-rekombination och leda till en förändrad förmåga eller mönster av immunigenkänning.

Dessutom har det visats att nedsatt humoral immunrespons under åldrandet kan bero på yttre snarare än inre faktorer som påverkar Bcl6- och CD39-uttryck i T-cellkompartimentet. Den potentiella tillgången på prover från allogena donatorer med åldersvariation kommer att möjliggöra potentiell verifiering av dessa resultat hos människor.

Projektbeskrivning

Studiestruktur

Detta är en observationskohortstudie som följer patienter efter stamcellstransplantation och undersöker B-cellsutvecklingen efter det standardiserade och etablerade vaccinschemat som ges som en del av klinisk praxis. I den nuvarande versionen av detta schema i Västerbotten ingår vaccination mot pneumokocker, Haemophilus influenzae, COVID-19, stelkramp, difteri, polio och kikhosta. Vaccination mot mässling, påssjuka och röda hund kan ges efter negativ immunitetstest 24 månader efter transplantation.

Provtagning

i. Provtagning innan immunosuppressiv medicin initieras

ii. Provtagning vid inläggning för stamcellstransplantation

iii. Provtagning före varje vaccinationstidpunkt upp till 24 månader efter transplantation.

iv. Vid allogen transplantation provtagning av relaterad donator om tillgänglig (provtagning en gång).

Blodprovsanalys

B-cellskarakterisering och VDJ-sekvensering

Antigen-specifik identifiering av B-celler; Vi kommer att använda etablerad metodologi för att detektera antigen-specifika B-celler. Kortfattat kommer biotin- och fluorokrommärkt SARS-CoV-2-protein eller influensa typ A hemagglutininprotein att användas för att bestämma vaccinspecifika CD19+ CD20+ B-celler genom flödescytometri. Vi kommer att fokusera på celler som har genomgått tymus-beroende B-cellsresponser (CD27+IgD-) och fenotypa dessa för aktiveringsmarkörer som DAF och CD71.

För undersökning av VDJ-repertoaren före och efter transplantation kommer vi främst att förlita oss på bulk-sekvensering men kan utsätta prover för enkelcellssekvensering för att avslöja om tunga och lätta kedjeparring påverkas av transplantationen. Vi syftar också till att dissekera transkriptionella mönster i B-celler för att avslöja specifika mönster eller molekyler som aktivt förutsäger effektiv etablering av B-minnesceller eller plasmablastar efter stamcellstransplantation. För transkriptionella mönster kommer vi att utföra 10x Chromium enkelcellsgenuttryck för att tillhandahålla enkelcellstranskriptomet från upp till 10 000 vaccinspecifika B-minnesceller. Genom kombinatorisk analys av både fenotypiska och transkriptomiska data kommer vi att kunna identifiera biomarkörer eller genuttrycksmönster som förutsäger robust etablering av "boostbar" immunminne efter stamcellstransplantation.