2.1 Migration und Interaktionen von sich entwickelnden B-Zellen

Während der Lymphopoese durchlaufen die B-Zellen im Knochenmark eine gut charakterisierte Abfolge verschiedener Entwicklungsstadien. Die sich entwickelnden B-Zellen sind für ihr Überleben und ihre Differenzierung entscheidend von stadienspezifischen Signalen abhängig, die ihnen in verschiedenen, von Stromazellen definierten Mikroumgebungsnischen zugeführt werden. Es wird angenommen, dass die B-Zellen während ihrer Entwicklung zwischen diesen Gewebebereichen wandern. Das Konzept fester Mikroumgebungsnischen, die für die Aufnahme von Zellen und die Steuerung ihres Schicksals erforderlich sind, wurde erstmals in den 1970er Jahren von Schofield et al. im Zusammenhang mit Stammzellen vorgeschlagen. Es wird angenommen, dass hämatopoetische Stammzellen (HSCs) von einer einzigartigen Mikroumgebung umgeben sind, die ihr Schicksal in Bezug auf Teilung, Überleben und Differenzierung steuert. Seitdem hat sich gezeigt, dass ähnliche Konzepte auf verschiedene hämatopoetische Zelltypen und Differenzierungsstadien anwendbar sind, einschließlich der sich entwickelnden B-Zellen und sogar der Gedächtnisplasmazellen im Knochenmark.

B-Zellvorläufer im Knochenmark werden aus multipotenten HSZ erzeugt, die während der gesamten Lebenszeit eines Individuums bestehen und sich durch ihr Selbsterneuerungspotenzial auszeichnen, eine Eigenschaft, die von intrinsischen und extrinsischen Faktoren abhängt. Bis vor kurzem war nicht klar, ob sich HSZ und begrenzte hämatopoetische Vorläuferzellen (HPC) in spezialisierten mikroökologischen Nischen aufhalten, die räumlich voneinander getrennt sind, und in der Literatur wurde eine Dichotomie zwischen osteoblastischen Nischen einerseits und vaskulären Stammzellnischen andererseits entwickelt. Es wurde beschrieben, dass sich HSZ in der Nähe von Osteoblasten ansiedeln, bei denen es sich um knochenbildende Zellen handelt, die die Grenze zwischen dem festen Knochen und dem Knochenmark bilden. Osteoblasten haben eine entscheidende Funktion bei der Regulierung der Aufrechterhaltung des Stammzellenpools: Ein Anstieg der Anzahl der trabekulären N-Cadherin + Osteoblasten geht mit einer erhöhten Anzahl von HSZ einher. Dieser Effekt wird durch die Aktivierung des Notch1-Signalwegs vermittelt, der durch das von den Osteoblasten stammende Jagged1 ausgelöst wird und zur Proliferation der HSZ führt. Osteoblasten sezernieren auch andere Faktoren, die die HSZ-Homöostase regulieren, wie Thrombopoietin, Angiopoietin und das Chemokin C-X-C-motif ligand-12 (CXCL12). Es hat sich jedoch gezeigt, dass Endothelzellen, die häufig in der Nähe des Endosteums lokalisiert sind, insbesondere in flachen Knochen, eine weitere wichtige Komponente der HSZ-Nische darstellen. Zusammen mit den perivaskulären Zellen mit Leptin-Rezeptor stellen Endothelzellen den Stammzellfaktor (SCF, auch Kit-Ligand genannt) in der vaskulären Nische bereit, und seine konditionale Deletion aus diesen Zellen führt zu einer Verarmung der HSZ aus dem Knochenmark .

CXCL12, das aufgrund seiner hohen Expression durch Stromakomponenten auch als „stromal cell derived factor one alpha“ bezeichnet wird, ist ein entscheidendes Chemokin, das über seinen Rezeptor, den C-X-C-motif receptor-4 (CXCR4), die Lokalisierung und Migration von HSZ im Knochenmark reguliert. Es hat sich gezeigt, dass multipotente hämatopoetische Vorläuferzellen (MPPs) direkt mit den Prozessen von CXCL12-exprimierenden retikulären Stromazellen in Kontakt treten. Experimente, bei denen CXCL12 selektiv aus verschiedenen Zelltypen entfernt wurde, von denen bekannt ist, dass sie zur Aufrechterhaltung von HSCs und HPCs beitragen (d. h. Osteoblasten, perivaskuläre und retikuläre Stromazellen), haben gezeigt, dass HSCs und lymphoide Vorläuferzellen unterschiedliche Nischen im Knochenmark besetzen: CXCL12, das von endothelialen und perivaskulären sowie mesenchymalen Stromazellen produziert wird, unterstützt das Überleben von HSCs. Im Gegensatz dazu hält das von Osteoblasten stammende CXCL12 die HPCs im Knochenmark und unterstützt die Vorläuferzellen der B-Linie der Lymphoide.

CXCL12 ist auch eindeutig für die Entwicklung der frühesten Vorläuferzellen der B-Linie erforderlich, die durch die Expression von c-kit, Interleukin (IL)7Rα und CD93 (AA4.1) gekennzeichnet sind. Diese frühen Prä-B-Zellen wandern in vitro in Richtung CXCL12. CXCL12 wirkt nicht nur als Chemoattraktor, sondern fördert auch ihr Überleben und ihre Proliferation, indem es synergistisch mit SCF und IL-7 wirkt. Die meisten B220+ Fms-verwandte Tyrosinkinase 3/Fetale Leberkinase 2+ (Flt3/Flk2+) Prä-Pro-B-Zellen nehmen Kontakt mit den Körpern von CXCL12-exprimierenden Stromazellen auf; diese Adhäsion wird über α4β1-Integrin (auch bekannt als very late antigen 4, VLA4) auf den B-Zellen vermittelt, das an das vaskuläre Zelladhäsionsmolekül-1 (VCAM-1) auf der Oberfläche der CXCL12+-Zellen bindet. Diese CXCL12-reichen retikulären Zellen teilen einige morphologische Merkmale mit den perivaskulären CXCL12-produzierenden Zellen, die die HSCs unterstützen, aber es ist derzeit unklar, ob sie tatsächlich eine Population oder verschiedene, spezialisierte Untergruppen darstellen.

Wenn die B-Zell-Entwicklung mit der Neuanordnung der variablen Regionen des Gens der schweren Kette von Immunglobulinen (Ig) fortschreitet, stehen die Pro-B-Zellen (B220+c-kit+) nicht mehr in direktem Kontakt mit CXCL12+-Zellen. Stattdessen befinden sie sich in diesem Stadium in der Nähe von IL-7-produzierenden Stromazellen, von denen man aufgrund histologischer Färbungen annimmt, dass sie eine separate Population darstellen. Das Erreichen des Prä-B-Zell-Stadiums wird von einer weiteren Veränderung ihrer Mikroumgebung begleitet: Zu diesem Zeitpunkt, wenn sie eine funktionelle Igμ-Kette produzieren, die mit der Surrogat-Leichtkette assoziiert, um die Prä-BCR zu bilden, verlassen sie die IL-7+ Stromazellen und bewegen sich zu einer anderen Stroma-Untergruppe, die spezifisch Galectin-1 (Gal1), ein S-Typ-Lektin, auf ihrer Oberfläche exprimiert. Das stromale Gal1 wirkt als Ligand für den Prä-BCR. Es ist in der Lage, die Bildung von Prä-BCR-Clustern zu induzieren, die auch VLA4 und Lymphozytenfunktion-assoziiertes Antigen-1 (LFA1) an der Kontaktstelle mit der Stromazelle enthalten. Dieser synaptische Kontakt ist in der Lage, die intrazelluläre Tyrosinkinaseaktivität und die Signaltransduktion der prä-BCR auszulösen, die für die Proliferation und Differenzierung im Stadium der prä-BII-Zellen wesentlich ist. IL-7+ und Gal-1+ Zellen stellen unterschiedliche Populationen mesenchymaler Zellen im Knochenmark dar.

Zusammengenommen hat diese gut organisierte Abfolge von Ereignissen im räumlichen Kontext des Knochenmarks zu dem Konzept geführt, dass es verschiedene Mikroumgebungsnischen gibt, die durch ansässige immobile stromale Untergruppen definiert sind, die die Homöostase der sich entwickelnden B-Zellen steuern. Dies impliziert, dass die B-Zellen zumindest vorübergehend mobil werden, um während ihrer Entwicklung zwischen diesen Nischen zu wandern. Es ist nicht bekannt, wie genau der Übergang der Zellen zwischen diesen verschiedenen Nischen reguliert wird, insbesondere welche anderen chemotaktischen Faktoren für die Feinabstimmung ihrer Lokalisierung erforderlich sind, da CXCL12 in mehreren Phasen des Prozesses beteiligt ist.

Neben dem Parenchym stellen auch die Sinusoide im Knochenmark wichtige Standorte für unreife B-Zellen dar. Sinusoide sind venöse Blutgefäße, die sich durch das Knochenmarkparenchym verzweigen und in einer großen Zentralvene zusammenlaufen, die mit der Nährstoffvene verbunden ist, die den Knochen über den Kortex verlässt. Die Sinusoide des Knochenmarks sind mit einem dünnwandigen Endothel ausgekleidet und stellen die Schnittstelle dar, an der B-Zellen nach Abschluss ihrer Reifung im Knochenmark in den Blutkreislauf gelangen. Der Chemokinrezeptor CXCR4 ist teilweise für die Retention von B-Zellen im Knochenmark verantwortlich. Die Antagonisierung der CXCR4-Signalisierung führt zu einer erhöhten Frequenz reifer und unreifer (IgDlo) B-Zellen in den Knochenmarkssinusoiden und gleichzeitig zu einer Verringerung ihrer Anzahl im Parenchym, was darauf hindeutet, dass dieser Chemokinrezeptor ihre Verlagerung ins Blut vermittelt. Neben CXCR4 hat sich gezeigt, dass auch der Sphingosin-1-Phosphat (S1P)-Rezeptor 1 (S1P1) eine Rolle spielt. Es wurde festgestellt, dass hämatopoetische Zellen, insbesondere Erythrozyten, S1P im Blut produzieren, was zu höheren Konzentrationen dieses Sphingolipids in den Sinusoiden des Knochenmarks als im Parenchym führt und somit die Transmigration von B-Zellen in die Sinusoide vermittelt. S1P1-defiziente B-Zellen werden im Parenchym zurückgehalten und zeigen einen verminderten Austritt in die Sinusoide; ein ähnlicher Effekt kann nach Blockierung der S1P-Signalübertragung durch Verabreichung des Antagonisten Fingolimod (FTY720) beobachtet werden.

Sobald die B-Zellen das Endothel durchquert haben und sich in den Sinusoiden befinden, verlassen sie das Knochenmark nicht sofort mit dem Blutstrom. Stattdessen bleiben sie an der luminalen Seite des Endothels der Sinusoide haften und krabbeln daran entlang. Die Adhäsion an das Endothel wird durch die Signalübertragung über den Cannabinoidrezeptor-2 (CB2) auf den B-Zellen sowie über die VLA4- und VCAM-1-vermittelte Adhäsion vermittelt. Der verlängerte Verbleib von B-Zellen in den Sinusoiden lässt vermuten, dass die Sinusoide eine eigene vaskuläre Nische für die B-Zellen darstellen und nicht nur als Eintrittspforte in den Blutkreislauf dienen. Dieser Gedanke wird durch CB2-defiziente Mäuse unterstützt, die eine Veränderung des BCR-Repertoires aufweisen. Eine schematische Übersicht über die Lokalisierung der sich entwickelnden B-Zellen im Knochenmark ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Lokalisierung von B-Zellen im Knochenmark während der B-Zell-Entwicklung.

Multipotente hämatopoetische Vorläuferzellen (MPP) nehmen Kontakt zu den Prozessen von CXCL12+-Stromazellen auf. Prä-B-Zellen, die frühesten B-Zell-Vorläufer, sind in der Nähe der Zellkörper von CXCL12-produzierenden Zellen lokalisiert. Reifere Pro-B-Zellen befinden sich in Kontakt mit IL-7+ Stromazellen. Prä-B-Zellen sind mit Galectin-1+ Stromazellen über eine Synapse verbunden, die durch die Bindung des Prä-B-Zellrezeptors an Galectin-1 auf der Oberfläche der Stromazellen sowie durch LFA-1/ICAM- und VLA4/VCAM-vermittelte Interaktionen gebildet wird. Der Austritt der B-Zellen in die Sinusoide des Knochenmarks wird durch die Bindung von S1P1 auf den B-Zellen an das im Blut reichlich vorkommende S1P vermittelt. Sobald sie in die Sinusoide eingedrungen sind, haften die B-Zellen an der luminalen Seite des Endothels und krabbeln daran entlang, vermittelt durch CB2 und VLA4 auf den B-Zellen, bevor sie in den Blutkreislauf freigesetzt werden.