2.1 Migration and Interactions of Developing B Cells
Tijdens de lymphopoiesis doorlopen B cellen in het beenmerg een goed gekarakteriseerde opeenvolging van verschillende ontwikkelingsstadia. De zich ontwikkelende B cellen zijn voor hun overleving en differentiatie kritisch afhankelijk van stadium-specifieke signalen, die aan hen worden doorgegeven in verschillende door stromale cellen gedefinieerde micro-omgeving niches. Aangenomen wordt dat B-cellen tijdens hun ontwikkeling tussen deze weefselgebieden migreren. Het concept van vaste micro-omgevingsnissen die nodig zijn om cellen te herbergen en hun lot te bepalen, werd voor het eerst voorgesteld in de jaren 1970 door Schofield et al. in de context van stamcellen. Aangenomen wordt dat hematopoietische stamcellen (HSC’s) worden omgeven door een unieke micro-omgeving die hun lot bepaalt met betrekking tot deling, overleving en differentiatie. Sindsdien is gebleken dat soortgelijke concepten van toepassing zijn op verschillende hematopoietische celtypes en differentiatiestadia, waaronder zich ontwikkelende B-cellen en zelfs geheugenplasmacellen in het beenmerg.
B-celprecursors in het beenmerg worden gegenereerd uit multipotente HSCs, die gedurende het hele leven van een individu blijven bestaan en worden gekenmerkt door hun zelfvernieuwend potentieel, een kenmerk dat afhangt van intrinsieke en extrinsieke factoren. Tot voor kort was het niet duidelijk of HSCs en beperkte hematopoietische progenitors (HPCs) zich in gespecialiseerde micro-omgeving niches bevinden die ruimtelijk van elkaar gescheiden zijn, en een dichotomie tussen osteoblastische niches aan de ene kant en vasculaire stamcel niches aan de andere kant ontwikkelde zich in de literatuur. Er is beschreven dat HSC’s zich lokaliseren in de nabijheid van osteoblasten, botvormende cellen die de grens tussen vast bot en het beenmerg vormen. Osteoblasten hebben een cruciale functie in het reguleren van de instandhouding van de stamcelpool – een toename van het aantal trabeculaire N-cadherine + osteoblasten gaat gepaard met een verhoogd aantal HSC’s . Dit effect wordt gemedieerd door activering van de Notch1-route, in gang gezet door van osteoblasten afkomstig Jagged1, wat leidt tot proliferatie van HSC’s. Osteoblasten scheiden ook andere factoren af die de homeostase van HSC’s reguleren, zoals trombopoëtine, angiopoëtine, en het chemokine C-X-C-motif ligand-12 (CXCL12) . Er is echter aangetoond dat endotheelcellen, die zich vaak in de buurt van het endosteum bevinden, vooral in platte beenderen, een andere cruciale component vormen van de HSC niche. Samen met Leptine-receptor + perivasculaire cellen, endotheelcellen leveren stamcel factor (SCF, ook bekend als kit ligand) binnen de vasculaire niche, en de voorwaardelijke schrapping van deze cellen resulteert in een depletie van HSCs uit het beenmerg .
CXCL12, ook wel “stromal cell derived factor one alpha” genoemd vanwege zijn hoge expressie door stromale componenten, is een cruciaal chemokine voor het reguleren van HSC-lokalisatie en -migratie in het beenmerg via zijn receptor, C-X-C-motif receptor-4 (CXCR4) . Multipotente hematopoietische progenitors (MPPs) blijken rechtstreeks in contact te komen met de processen van CXCL12-expresserende reticulaire stromale cellen. Experimenten waarbij CXCL12 selectief werd verwijderd uit verschillende celtypes waarvan bekend is dat zij bijdragen tot de instandhouding van HSC’s en HPC’s (d.w.z. osteoblasten, perivasculaire en reticulaire stromale cellen) hebben aangetoond dat HSC’s en lymfoïde progenitors verschillende niches in het beenmerg innemen: CXCL12, geproduceerd door endotheelcellen, perivasculaire cellen en mesenchymale stromale cellen, ondersteunt de overleving van HSC’s. Daarentegen houdt van osteoblasten afkomstige CXCL12 de HPC’s in het beenmerg en ondersteunt het de B-lijn-lymfoïde progenitors.
CXCL12 is ook duidelijk vereist voor de ontwikkeling van de vroegste B-lijn progenitors, die worden geïdentificeerd door de expressie van c-kit, interleukine (IL)7Rα, en CD93 (AA4.1) . Deze vroege pre-pro B-cellen migreren naar CXCL12 in vitro. CXCL12 werkt niet alleen als chemoattractant, maar bevordert ook hun overleving en proliferatie, synergetisch met SCF en IL-7. De meeste B220+ Fms-gerelateerde tyrosinekinase drie/Foetaal lever kinase 2+ (Flt3/Flk2+) pre-pro B-cellen komen in contact met de lichamen van CXCL12-exponderende stromale cellen; deze adhesie wordt gemedieerd via α4β1 integrine (ook bekend als zeer laat antigeen 4, VLA4) op de B-cellen die zich binden aan vasculair celadhesiemolecuul-1 (VCAM-1) op het oppervlak van de CXCL12+ cellen. Deze overvloedige CXCL12 reticulaire cellen delen enkele morfologische kenmerken met de perivasculaire CXCL12 producerende cellen die HSC’s ondersteunen, maar het is momenteel onduidelijk of zij eigenlijk één populatie vertegenwoordigen of verschillende, gespecialiseerde subsets.
Terwijl de ontwikkeling van B-cellen vordert met de herschikking van de immunoglobuline (Ig) zware keten gen variabele regio’s, worden de pro-B cellen (B220+c-kit+) niet langer gevonden in direct contact met CXCL12+ cellen. In plaats daarvan lokaliseren zij zich in dit stadium in de nabijheid van IL-7-producerende stromale cellen, waarvan op basis van histologische kleuringen wordt aangenomen dat zij een afzonderlijke populatie vormen. Het bereiken van het pre-B-celstadium gaat gepaard met een andere verandering van hun micro-omgeving: Wanneer zij een functionele Igμ-keten produceren die zich met de surrogaatlichtketen associeert om de pre-BCR te vormen, verlaten zij de IL-7+ stromale cellen en begeven zij zich naar een andere stromale subset die specifiek galectine-1 (Gal1), een S-type lectine, op hun oppervlak tot expressie brengt. Stromale Gal1 werkt als een ligand voor de pre-BCR. Het kan de vorming induceren van pre-BCR clusters die ook VLA4 en lymfocyte function-associated antigen-1 (LFA1) bevatten op de contactplaats met de stromale cel. Dit synaptische contact is in staat intracellulaire tyrosinekinaseactiviteit en signaaltransductie van de pre-BCR op gang te brengen, hetgeen essentieel is voor de proliferatie en differentiatie in het pre-BII-celstadium. IL-7+ en Gal-1+ cellen vertegenwoordigen verschillende populaties van mesenchymale cellen in het beenmerg.
Tezamen heeft deze goed georganiseerde volgorde van gebeurtenissen binnen de ruimtelijke context van het beenmerg geleid tot het concept dat er verschillende micro-omgevingsniches zijn, gedefinieerd door residente immobiele stromale subsets, die de homeostase van de zich ontwikkelende B-cellen controleren. Dit impliceert dat de B-cellen ten minste tijdelijk mobiel worden om tijdens hun ontwikkeling tussen deze niches te migreren. Het is niet bekend hoe de overgang van de cellen tussen deze verschillende niches precies wordt geregeld, en met name welke andere chemotactische factoren nodig zijn om hun lokalisatie af te stemmen, omdat CXCL12 bij meerdere stadia van het proces betrokken is.
Naast het parenchym vormen ook de sinusoïden in het beenmerg belangrijke plaatsen voor onrijpe B-cellen. Sinusoïden zijn veneuze bloedvaten die zich vertakken door het beenmergparenchym en samenkomen in een grote centrale ader die in verbinding staat met de voedingsader, die het bot verlaat via de cortex . De beenmergsinusoïden zijn bekleed met een dunwandig endotheel en zij vormen het raakvlak waar de B-cellen in de circulatie komen nadat zij in het beenmerg zijn gerijpt. De chemokinereceptor CXCR4 is gedeeltelijk verantwoordelijk voor de retentie van B-cellen in het beenmerg. Antagoneren van CXCR4 signalering resulteert in een verhoogde frequentie van rijpe en onrijpe (IgDlo) B cellen in de sinusoïden van het beenmerg en tegelijkertijd vermindert hun aantal in het parenchym, wat erop wijst dat deze chemokine receptor hun translocatie naar het bloed medieert. Naast CXCR4 blijkt ook de sfingosine-1-fosfaat (S1P)-receptor 1 (S1P1) een rol te spelen. Hematopoietische cellen, vooral erytrocyten, blijken S1P in het bloed te produceren, wat leidt tot hogere concentraties van dit sfingolipide in de sinusoïden van het beenmerg dan in het parenchym, waardoor de transmigratie van B-cellen naar de sinusoïden wordt bemiddeld. S1P1-deficiënte B cellen worden vastgehouden in het parenchym en vertonen een verminderde uittocht in de sinusoïden; een gelijkaardig effect kan worden waargenomen na het blokkeren van S1P signalisatie door toediening van de antagonist Fingolimod (FTY720).
Zodra de B cellen het endotheel zijn gepasseerd en zich binnenin de sinusoïden bevinden, verlaten zij het beenmerg niet onmiddellijk met de bloedstroom. In plaats daarvan blijven zij vastgehecht aan en kruipen zij langs de luminale zijde van het sinusoïdale endotheel. De hechting aan het endotheel wordt gemedieerd door signalering via cannabinoïde receptor-2 (CB2) op de B-cellen, alsook via VLA4- en VCAM-1-gemedieerde hechting. De langdurige retentie van B-cellen in de sinusoïden suggereert dat de sinusoïden een eigen speciale vasculaire niche vormen voor de B-cellen in plaats van enkel te dienen als ingangsplaats in de circulatie. Dit idee wordt ondersteund door CB2-deficiënte muizen, die een verandering vertonen in het BCR-repertoire. Een schematisch overzicht van de lokalisatie van zich ontwikkelende B-cellen in het beenmerg is afgebeeld in Figuur 1.
FIGUUR 1. Lokalisatie van B-cellen in het beenmerg tijdens de ontwikkeling van B-cellen.
Multipotente hematopoietische progenitors (MPP) komen in contact met de processen van CXCL12+ stromale cellen. Pre-pro B-cellen, de vroegste voorlopers van B-cellen, blijken zich te lokaliseren in de buurt van de cellichamen van CXCL12-producerende cellen. Meer rijpe pro-B-cellen worden aangetroffen in contact met IL-7+ stromale cellen. Pre-B-cellen hechten zich aan Galectine-1+ stromale cellen via een synaps die wordt gevormd door binding van de pre-B-celreceptor aan Galectine-1 op het oppervlak van de stromale cellen en door LFA-1/ICAM- en VLA4/VCAM-gemedieerde interacties. Het uittreden van B-cellen in de sinusoïden van het beenmerg wordt gemedieerd door S1P1 op de B-cellen, dat S1P bindt, dat zeer overvloedig aanwezig is in het bloed. Zodra zij de sinusoïden zijn binnengegaan, hechten de B-cellen zich aan en kruipen zij langs de luminale zijde van het endotheel, gemedieerd door CB2 en VLA4 op de B-cellen, voordat zij in de bloedstroom worden vrijgelaten.