Kindt Goldsby Osborne Kuby IMMUNOLOGY Sixth Edition Chapter 11 B-Cell Generation, Activation, and Differentiation Copyright 2007 by W. H. Freeman and Company
B-cell maturation - Bone marrow 에서일어난다. stem cell progenitor B-cell (pro-b) precursor B-cell (pre-b) matured B-cell immature B-cell -Stem cell 에서 pre-b cell 이될때까지는 bone marrow stroma cell 이생성하는다양한 factor 들을필요로한다.
- B cell maturation 과정은 Ig-gene rearrangement 상태에따라일어나는과정이다. - Surrogate light chain: pre-b cell 에서의 membrane bound μ chain 에붙어있고 light chain 과비슷한 molecule. immature cell 에서는 expression 되지않음.
Selection of immature self-reactive B cells in bone marrow; - Negative selection: bone marrow 에서매일만들어지는약 B cell 들중 ( 약 10%) 만실제 Bcell 로 mature 해서 bone marrow 를떠나고나머지 90% 는 죽는다.(B cell 의표면에 self antigen 을인지하는 antibody 가발현되면 Stromal cell 에있는 self antigen 과 self antibody 를발현하는 immature B cell은상호 cross-link 를이루게되고이것이 signal 로작용하여 immature B cell 이 죽게한다 ). ** - Bone marrow 에서 B cell maturation 기간동안 self-reactive B cell 은 negative selection 에의해제거되지만우리몸속에있는모든 self-antigen 이 bone marrow 에접근가능한것이아니므로 mature B cell 이 peripheral tissue 에서 activation 되는동안에도 self-antigen 을인지하는 B cell 을 제거하는 negative selection system 이있어야한다. - 몇몇실험적증명이있기는하나아직명확히그 mechanism 을설명하지못한다.
B-cell activation and proliferation - Mature B cell 이 bone marrow 를떠나 periphery tissue 로이동하는데이때 antigen 과 interaction 을하지못한 naive mature B cell 들은 생존 기간이짧아 apoptosis 에의해 죽게된다. - 만일 naive B cell 이 antigen 과 interaction 하게되면 clonal selection 과함께 B cell 이 activation 되어 proliferation 과 differentiation 을거쳐 antibody 를 만드는 plasma cell 과 memory B cell 로된다.
A) Thymus-dependent and Thymus-independent antigens - Bcell 은 antibody 의특성에따라 2 가지의경로로 activation 된다. ⅰ) T H cell dependent: Thymus-dependent (TD) antigens - B cell activation 이 TH cell 과의 interaction 으로이루어짐. - 주로 soluble protein antigen 들이 TD 이다. ⅱ) T H cell independent: Thymus-independent (TI) antigens - T H cell 없이 antigen 이바로 Bcell 을 activation 시킨다. 1 TI-1: cell-wall components (e.g. LPS) - 이들은 antigenic specificity 에상관없이 polyclonal B-cell activator 로서역할을한다 (mitogen). 2 TI-2: highly repetitious molecules (e.g. capsular polysaccharide, flagellin) - antigen 과 mig 와의 interaction 에의해 Bcell 이 activation - Isotype switching 이일어남.
- 일반적으로 TI antigen 은 antigenicity 가약하고, memory cell 을유도하지못하고, IgM 을주로생성하게한다 (Class switching 이일어나지않음 ).
B) Origin of activating Signals - B-cell activation 은 B cell membrane 상에서의변화에의해 유도되는 2 가지의서로다른 signals 에의해이루어진다. ⅰ) TI antigen - TI antigen 과 mig 와의 cross-linking 에의한 signaling (signal 1) - 그외의다른component (unknown) 가작용하여 signaling g (signal 2) ⅱ) TD antigen (signal 2) - TD antigen 과 mig 와의 cross-linking 에의한 signal (signal 1) -B cell 의 CD40 과 T H cell 의 CD40L 과의 interaction 에의해 signaling
- 일단 Bcell 이 TD antigen 에의해 signaling 이되면 Bcell 이다양한 cytokines 들을위한 membrane receptor 들을많이발현하여각종 cytokines 들과잘 interaction을하여계속하여 B cell이 proliferation 과 differentiation 을하게한다.
C) Transduction of activation signals - 오랫동안풀지못했던숙제가 mig M 의경우 cytoplasmic 부분에아주짧은 amino acid sequence 를가지고있는데이것이어떻게 signal 을전달하느냐였으나 Igα/Ig-β 라는 molecule 이항상 mig 와 complex 를이루어 B cell receptor (BCR) 을 형성한다는것을알고서이숙제는풀렸다 (2 개의 Ig-α/Ig-β 가하나의 mig 와 complex 를 이룬다 ). - Ig-α/Ig-β molecule 의 cytoplasmic tail 에 immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM) 이라는 motif 가있어 Src family (Lyn, Blk, Lck, and Fyn) )tyrosine kinase 와 Syk tyrosine kinase 와 associated 되어있다. - Antigen 이 BCR 과 interaction 을하면 Src family kinase 를 activation 시키고 activated 된 Src kinase 들이 ITAM 에 phosphorylation 시키고 Syk kinase 가 phosphorylated 된 ITAM 에 binding 하게되고잘알려지지않은 mechanism 으로 ITAM 에 결합한 Syk kinase 가 phosphorylated 되게되어 active 한 form 으로되고 active Syk kinase 와그외의 molecule (B cell coreceptor) 들이함께작용하여수많은 downstream signaling molecule 들을 activation 함으로서 Signal transduction 이일어난다.
D) B cell-coreceptor complex - BCR 외에 B cell membrane 에 B cell coreceptor 라는 molecule complex 가있어 signaling 더욱강하게하는역할을한다.
CR2가 complement (C3d) coated 항원 ( 미생물포함 ) 과 binding 하게되면 -물론이항원은동시에 mig 와도 binding 함- BCR에 associated된 tyrosine kinase 들이 CD19을 phosphorylation 시키고이 phosphorylated된 CD19에 Src family 중의하나인 Lyn kinase가 binding하여활성화되고활성화된 Lyn kinase가 BCR을통한 signal과함께downstream signal transduction을하게된다. 만일 C3d가 protein 항원에결합하게되면이는항원그자체때보다1000배정도더 immunogenic해진다 (B-cell coreceptor의역할때문 ).
E) Role of T H cells in humoral responses - TD antigen 인경우에해당됨. ⅰ) 1 Ag 과 mig 와의결합이 signal 1 을유도하게되고이 signal 에의해 B cell 의 membrane 에 ClassⅡ MHC molecule 과 co-stimulatory B7 의발현을 많이하게된다. 이와함께 mig 와결합한항원은 endocytosis 에의해세포내로 들어와 processing 되어 ClassⅡ MHC 에 present 되게된다. B cell 은 mig 를 통해항원을 specific 하게 recognize 하여 antigen 을 presenting 하므로다른 APC (mφ, dendritic cell) 에비해 100~1000 배나낮은농도의항원이존재해도 항원을 present 할수있다. 2 TH cell 의 TCR 이항원과결합된 ClassⅡ MHC complex 를인지하게 되면이 complex 가 co-stimulatory signal 과함께 TH cell 을 activation 시킨다.
ⅱ) 1 T H cell 이 activation 됨에따라 T H cell membrane 에 CD40L 를 발현하게된다. 2 B cell membrane 에있는 CD40 와 TH cell 의 CD40L 이 interaction 을 하게되어 signal 2 를생성한다. ⅲ) 1 signal 1 과 signal 2 의 activation 으로인해 Bcell 은 membrane 에각종 cytokine 들과 interaction 할수있는 receptor 들을발현한다. 2 TH cell 들이생산한 cytokine 들을 B cell membrane 에있는 receptor 들이 interaction 함으로써 activate B cell이 proliferating 하게된다.
E) Role of T H cells in humoral responses TD antigen 인경우에해당
** Changes in phenotype and function - Entry into cell cycle - Mitosis - Increased cell size - Increased cytoplasmic organelles - Increased expression of B7-1/B7-2 (co-stimulatory molecules) - Increased expression of ClassⅡ MHC molecule - Increased expression of cytokine receptors(il-2, IL-4 receptors) - Increased survival due to expression of antiapoptotic proteins (BCl-X)
in vivo sites for induction of humoral response - 항원이인체에들어오면여러 peripheral lymphoid organ 에서 concentrated t 된다. - 혈액을통해들어온 antigen 은 spleen 에서 filtering 된다. - Tissue antigen 들은각부위에위치한 lymph nodes 들에서 filtering 된다. - 따라서 B cell humoal response 는 spleen 이나 lymph nodes 에서일어난다.
- Activated B cell 의 proliferation 이계속됨에따라 B cell 들이 ( 공간을 매움으로 )Tcell 과함께 Secondary follicle 의중심부로이동하게되어 germinal center 를형성한다. Germinal Center 는 3 가지의 stage 로나눌수있다. - Dark zone: activated B cell 을 centroblasts 라고한다. 이들은 follicle 의 한쪽끝에서 dark zone 을형성한다. - 결국 apical light zone에서 Bcell은 memory Bcell과 plasma blast로 되고 differentiation 한다. - Memory B cell 은 lymph node 를떠나 circulate 되고 plasmablast 는 node 의 medula 로이동하여항체를만드는 plasma cell 로 develope 하는 antibody 를 secretion 하기시작한다.
Germinal centers and antigen-induced B-cell differentiation 일어난다 - Germinal center 에서 3 가지의중요한 B cell differentiation 이 - affinity maturation -class switching - formation of plasma cells and memory B cells
i) Affinity maturation ; humoral response 가진행되는동안주어진항원에대한항체의 affinity 는 100 에서 10000 배정도증가한다. 이는 2 가지 mechanism 에의해일어난다. a Somatic hypermutation: germinal center 의 dark zone 에서 proliferate 하는동안 heavy 나 light chain 의 variable region 에많은 somatic hypermutation 이일어난다. - frequency /base pair/division - somatic hypermutation 에의해 affinity 가증가되기도하고변화가 없거나 affinity 가낮아지거나없어지기도한다. 이때 germinal center 에서 affinity 가높아진 cell 만 selection 한다. : positive selection - 나머지 cell 들은 apoptosis 에의해사멸되고 Mφ 에의해 cleave 된다.
b antigen selection of high-affinity centrocytes - antigen 의농도가높으면 affinity 의정도에상관없이 activation 되나 antigen 의농도가낮을경우서로경쟁을하므로 antigen 에대한 affinity 가높은 것만 activation 된다. - 따라서어떤개체에항원을주입하고나면처음에는농도가높으므로 affinity maturation이일어나지않으나시간이지나면서주어진 antigen 의 농도가낮으지므로 Bcell 들이서로경쟁하게되어 antigen 에대한 affinity 가 높은것만 activation 되고 clonal expanded 되므로결국시간이지남에따라 affinity maturation 이일어난다.
ⅱ) Class switching - 항체는두가지의중요한기능을수행한다. -specific binding to an antigen: by VH and VL domains - various biological effector functions by CH domains - 따라서 class switching 을하게되면 antigen 을인지하는능력은 똑같으나다른 effector function 을하는 antibody 로전환하게된다. - 각종 cytokines 들이 class switch 를유도한다.
ⅲ) Generation of plasma cells and memory B cells