University of Groningen B cell kinetics Deenen, Gerrit

University of Groningen
B cell kinetics
Deenen, Gerrit
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to
cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date:
1993
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Deenen, G. J. (1993). B cell kinetics s.n.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the
author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately
and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the
number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Download date: 18-07-2017
SAMENVATTING
Het afweersysteem(immuunsysteem)in mens en dier zorgtvoor beschermingtegen schadelijke
agentiazoals bacteriënen virussen.Een van de kenmerkenvan het afweersysteemis de productie
van antilichamen(immuunglobulines).Cellen van het immuunsysteemdie gespecialiseerd
zijn
om antilichamente maken worden B lymfocyten of B cellen genoemden ontstaanop volwassen
leeftijd voornamelijk in het beenmerg.Deze B lymfocyten hebbenimmuunglobulines(Ig) aan
hun oppervlakte, die specifiek met een bepaaldantigeenkunnen binden. Na stimulatie met een
antigeendifferentiërende B lymfocyten tot plasmacellendie grote hoeveelhedenIg uitscheiden.
In het beenmerg vindt, via een continu proces van proliferatie en differentiatie van B cel
voorloperstadia(precursors),de vorming plaats van onrijpe B lymfocyten. Deze onrijpe B
lymfocyten worden "newly-formed" (NF)-B cellen worden genoemd.De directe precursorsvan
de NF-B cellen zijn de pre-B cellen die op hun beurt weer onstaanuit pro-B cellen. De NF-B
cellen verlaten vervolgens het beenmergwaarna ze zich in de periferie (o.a. in de milt)
ontwikkelen tot rijpe B lymfocyten.
Uit onderzoekin muizen is bekend,dat het aantalNF-B cellen, dat dagelijks in het beenmerg
geproducesrd wordt, voldoende is om alle rijpe B lymfocyten binnen een paar dagen te
vervangen. Het is echter gebleken,dat het meerendeelvan de B lymfocyten in de periferie een
levensduur heeft van 2-3 maanden.Dit betekentdat maar een klein gedeeltevan de NF-B
lymfocyten uit het beenmergbijdraagt aan de totstandkomingdan wel het instandhoudenvan de
pool van rijpe B lymfocyten.
Het doel van de studies in dit proefschrift was om meer informatie te verkrijgen omtrent de
kinetiek van B cel precursors,NF-B cellen en rijpe B lymfocyten in de rat. Deze informatie is
belangrijk om mechanismen,die ten grondslagliggen aan de de ontwikkeling, selectieen het
instandhoudenvan het B cel repertoire,beterte begrijpen.
De kinetiek is onderzochtdoor de delings-activiteitde van B cel precursorsen de snelheid
waarrneeNF-B cellen worden gevormd in het beenmergte bepalen.Vervolgens is gekeken naar
de snelheid waarmeeeen aantal B lymfocyten subsetsin de periferie worden vervangen.Op
grond van al deze gegevensis het mogelijk om de productiein het beemerg(medullair) en de
vervanging in de periferie (extramedullair)te kwantificeren.De productieen vervangingsdata
laten zien waar tijdens de ontwikkeling van B lymfocyten, vanaf het pro-B cel stadium tot de
rijpe B lymfocyt, celverlies(= celdood)opneedt.
In hoofdstuk 2 zijn, met behulp van antilichamentegen bepaaldecel merkers, een aantal B cel
precusor stadiagekarakteriseerd.Op grond van de expressievan B220 glycoproteïne(leucocyte
common antigen (LCA, CD45)), het enzym terminaaldeoxynucleotidyltransferase(TdT) en van
Ig zware (H) en lichte (L) ketensis het mogelijk om pro-B cellen,pre-B cellen en NF-B cellen
van elkaar te onderscheiden.Pro-B cellen (8220+lg-) zijn nog verder te verdelen in TdT- en
TdT+ pro-B cellen. Pre-B cellen worden gekenmerktdoordat ze wel al prH ketens in hun
113
cytoplasmahebbenmaar nog geenL ketens.De pro-B cellen en de pre-B cellen kunnen op grond
van hun cel diameterworden onderscheiden
in kleine en grote cellen.De celdelingsactiviteitis
bepaaldvan alle deze precursorpopulatiesen van de NF-B cellen in het beenmerg.Er is
gevondendat celdelingsactiviteitvoornamelijkvoorkomt in de grote B cel precursorsen dat de
kleine B cel precursorsen de NF-B cellenniet delen.Met behulpvan de delingssnelheidvan de
grote pro- en pre-B cellen is bepaaldhoeveelcellen er in het beenmerggeproduceerd(productíe)
worden: grote pro-B cellen produceren330 miljoen cellen per dag en grote pre-B ceilen 320
miljoen cellenper dag.
Omdat kleine pro- en pre-B cellenen NF-B cellenzelf niet meerdelen hebbenis in hoofdstuk3
gemetenhoe snel deze niet-delendecellen worden vervangendoor hun precursors.Het totaal
aantalcellen dat in het beenmergper dag in elke (niet delende)cel populatiewordt vervangenis
veruolgensberekend(vervanging).Debelangrijksteconclusiein deze studieis dat per dag 422
miljoen kleine pre-B cellenen 165 miljoenNF-B cellenwordenveruangen.
De gegevensvan hoofdstukken2 en 3 tesamenlaten zien dat er veel cellen worden geproduceerd
in de B cel precursorcompartimenten(650 miljoen/dag)terwijl er uiteindelijk maar 165
miljoen/dag NF-B cellen worden. Het meestecelverlies werd waargenomentijdens de
differentiatie van kleine pre-B cellen naar NF-B cellen. Tijdens deze overgang,die optreedt
zonderverdereceldeling,vinden er in de kleine pre-B cel een tweetalprocessenplaats die het
grote celverlieskunnen verklaren:i) de herrangschikkingvan de L keten genendie niet resulteert
in de productievan lichte ketens,ii) er vindt geenassociatieplaatsvan de p H en L ketensdie
leidt tot eencompleetIg molecuul.Tevenskan er deletieoptredenvan auto-l€actieve
NF-B cellen
direct nadatdeze hun Ig mole,culenaan het oppervlaktehebbengebracht.
De NF-B cellen in het beenmergverlatenuiteindelijkdit orgaanen migrerenvia de bloedbaan
naar de milt. Om te bepalenwelk gedeeltevan de NF-B cellen uit het beenmergworden
opgenomen in de perifere pool van lang-levendeB cellen, is de vervangingssnelheidin
hoof ds t uk 4 b e p a a l d v a n ' fh y -1 + e n T h y -l - B cel l en i n het beenmerg,bl oed, mi l t en
lymfeklieren.Thy-1+ B cellenwordenbeschouwdals onrijpeB cellenterwijl Thy-1- B cellen
worden gezienals rijpe B cellen. Het aantalThy-1+ en Thy-1- B cellen die per dag worden
vernieuwd in elk orgaanis vervolgensberekend.Gebaseerdop deze gegevensconcluderenwe
dat er celverlies optreedttijdens de overgangvan Thy-1+ B cellen van het beenmergnaar de
periferie en wanneerThy- 1+ B cellen in de periferieuitrijpen tot Thy- 1- B cellen. In deze studieis
ook aangetoonddat in de rat ongeveer22Vovan alle in de milt aanwezigeB cellen"kort-levend"
zijn en dat dezekort-levendeB cellenThy-1+ zijn. Daarmeeis, althansin de rat, de controverse
opgelostomtrentde verhoudingvan kort-levendeen lang-levendeB cellen in periferelymfoïde
organen.
+)
(g
É.
o
o
c
(E
o
.E
o
o
oc
tI|
p
o
E
c
o
o
co
c
CD
c
q)
J
J
=
+t
c
o
(u
u
co
o
o
6
c
(1)
E
F
c
o
o
(J
c
(s
=
o
lJ-
Op ons laboratoriumis onlangsaangetoond
dat niet alle Thy-1+ (onrijpe)B cellen in de periferie
het zelfde fenotype hebbenmaar op basisvan hun expressievan IgM en IgD onderscheiden
kunnenworden in twee B cel subpopulaties.
De eneB cel subpopulatieheeftals fenotype,
tt4
ó
CDC9J(hCDCDV=PF==
=(D-tàró(evl
Fis.l.FlowVanCellenTijdensDe B cel Ontwikkeling
In Beenmerg
EnPeriferie
VanDeRat
B eenmerg
*O.*O-*O*o
9r
pro-B cellen
grote preB cellen
kleine preB cellen
nieuw gevormde
B cellen (NF-B)
NF-B
cellen
1 3 0 0x 1 0 6
640 x 106
422 x 106
5 7 - t 6 5 x1 o ó
t6x 106
vroege recircu- rijpe B
lerende B
cellen
cellen (ERF-B)
24xt06
Dit schemageeft weer hoeveelcellenper dag in het beenmergworden gevormddoor B cel precursorsen hoeveelcellen
uiteindelijk per dag nodig zijn in het rijpe perifere B cel compartiment.Tevens laat dit schemaduidelijk zien wanneer
tijdens de B cel ontwikkeling celverlies optreedt.
lox lo6
Thy-1+1t14hiIgDIo en wordt alleenin het beenmerg,bloed en in de milt gevondenen deze B
cellen zijn de typischeNF-B cellen. De andereB cel subpopulatieheeft als fenotype,
Thy-1+ 1g14lo1gDhi
en wordt de "early recirculatingfollicular" (ERF)-B cel genoemd.NF-B
cellen in de periferie zijn de voorlopersvan de ERF-B cellen die op hun beurt weer de voorlopers
zijn van de rijpe (Thy-1-) B cellen. In hoofdstuk 5 is de kinetiek bepaaldvan beide Thy-1+
subpopulatiesin de milt. Het bleek dat, hoewel beide snel vervangenworden, NF-B cellen een
hogerevervangingssnelheid
hebbendan de ERF-B cellen. Aan de hand van deze vervangingssnelhedenen op grond van de waamemingdat beidecel populaties(NF-B en ERF-B) niet delend
zijn, is geschathoeveel perifere NF-B cellen en ERF-B cellen in het gehele dier worden
vervangen.De conclusiehiervanis dat celverliesvoornamelijkplaatsvindttussenhet momentdat
NF-B cellen het beenmergverlaten en in bloed en milt worden waargenomen.Er vindt
nauwelijks celverliesmeer plaatstijdensde overgangvarl perifereNF-B cellen naar ERF-B cellen
en tijdensde overgangERF-B cellennaarThy-1- B cellen.
Op grond van de gegevensvan hoofdstukken4 en 5 concluderenwe dat tijdensde differentiatie
van NF-B ceilen in het beenmergnaar rijpe Thy-1' B cellen in de periferie maar 207o van de
dagelijksegeproduceerdeNF-B cellen geïncorporeerdwordt in de periferepool van lang-levende
B cellen.Aangezienbekendis dat in muizenlang-levendeIgMlolgDhiperifereB celleneen sterk
geselecteerdVh gen repertoiretot expressiebrengen,kan in de rat dit grote celverliesmogelijk
verklaardwordendoor selectievan B cellen.
die B-1 cellen worden
In mensenen muizenwordteen specialesubsetBcellenwaargenomen
genoemd.Deze relatief kleine subsetvan B-1 cellen (vroegerook wel CD5 B cellen of Ly-1 B
In rattenis het bestaanvan B- I cellen nog niet
cellen genoemd)heeft specifiekeeigenschappen.
onomstotelijk bewezen.Om een eventuelebijdrage van B-1 cellen aan de B cel kinetiek te
bestuderenis in muizen de delingsactiviteiten vervangingssnelheid
van B-1 cellen bepaald
(hoofdstuk6). De resultatenlaten zien datde veryangingvan B-l cellenniet andersis dan de
vervangingvan de conventioneleB cellen(in beidegevallen- lVoldag).Zo er al B-1 cellen in de
rat aanwezig zijn is hun eventuelebijdrageaande vervangingvan het totaal van perifereB cellen
niet significantgroot.
Al deze kinetische gegevensverkregenin hoofdstukken.2-6 hebbengeleid tot een kinetisch
model voor B cel dynamiekin beenmergen periferievan de rat GoofOsUk_D(Fig. 1). Op basis
van dit model is vastgestelddat tijdensde ontwikkelingvan B lymfocyten (vanaf het pro-B cel
stadiumin het beenmergtot aan het rijpe Thy- 1- B cel stadiumin de periferie)op twee plaatsen
verliesvan cellenkan optreden.Ten eerste:celverliestijdensde vorming van B lymfocytenin het
beenmerg.Dit celverlies kan grotendeelsverklaard worden door niet productieve Ig gen
herrangschikkingen.Ten tweede treedt celverlies op wanneermaar een deel van alle in het
in de pool van lang-levenderijpe B cellen.
beenmerggevormdeB cellen wordt geïncorporeerd
hier eenglote rol in spelen.
Het is waarschijnlijkdat selectiemechanismen
Het kinetisch model laat ook zien dat uiteindelijk maar ongeveer37o van alle in het beenmerg
geproduceerde
voorloperB cellenwordt opgenomenin de pool van rijpe B cellen (Fig. 1).
116