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Notch2 signaling in B cell plasticity
Notch2 signaling in B cell plasticity
B cells are a type of lymphocyte immune cells with important functions in humoral immunity of the adaptive immune system and are responsible for the production of antibodies. B cells also account for malignancies and autoimmune disorders. For a better understanding and treatment of these diseases, the respective B cell functions and last not least their development and origin are of crucial importance. Murine peripheral B cells can be separated into B1 and B2 cells, with B2 cells constituting the vast majority of B cells in the secondary lymphatic organs such as the spleen. B2 cells in the murine spleen are composed of follicular B (FoB) and marginal zone B (MZB) cells, which are two functionally and spatially distinct mature B cell populations. It has been shown before that Notch2 signaling plays a key role in the cell fate decision of immature transitional B cells after influx into the spleen to terminally differentiate into either a FoB or MZB cell. This process is mediated by Notch2 activation via binding its ligand DLL-1 on follicular fibroblasts. To study the effect of Notch2 activation on B cells in this follicular niche, this work makes use of a transgenic mouse model with an inducible expression of a constitutively active intracellular signaling domain of the Notch2 receptor, specifically in mature FoB cells. This work answered the open questions of what happens if a mature FoB cells receives an enduring Notch2 signal and whether this fate-decisive signaling pathway might suffice to induce a trans-differentiation towards the MZB lineage. It was observed that Notch2 activation triggered the slow process of re-programming FoB cells into bona fide MZB cells within a time window of two weeks with regard to their surface phenotype, splenic localization, immunological function and transcriptomic profile. The second part of this thesis answered the question whether the observed trans-differentiation can also occur physiologically in a non-transgenic setting of wild type mice. For this, purified FoB cells were transplanted into congenic recipient mice and their phenotype was followed up over the same time window of two weeks. The results of the adoptive transfer experiments confirmed our theory and proved a remarkable dynamic plasticity between mature FoB and MZB cells., B-Lymphozyten oder kurz B-Zellen stellen einen wichtigen Teil der Immunzellen dar und zeigen sich hauptverantwortlich für die humorale Immunantwort des adaptiven Immunsystems durch die Produktion und Sekretion von Antikörpern. B-Zellen sind in die Entstehung maligner Erkrankungen und Autoimmunkrankheiten involviert. Um diese Erkrankungen in Zukunft besser therapieren zu können, ist es von immenser Bedeutung, die einzelnen Untergruppen der B-Zellen, deren spezifische Funktionen und nicht zuletzt die Entwicklungswege der B-Zellen zu verstehen. Murine periphere B-Zellen lassen sich grob in die zwei Unterklassen der B1 und B2-Zellen teilen, wobei letztere den Großteil der B-Zellen in den sekundären Lymphorganen wie der Milz stellen. Die B2-Zellen wiederum spalten sich in Follikuläre (Fo) und Marginalzonen (MZ) B–Zellen auf, zwei Zelltypen mit unterschiedlicher immunologischer Funktion und räumlicher Lokalisation innerhalb der Milz. In der Entwicklung dieser beiden reifen B-Zell Subpopulationen hat sich der Notch2 Signalweg als entscheidender Schalter herausgestellt, mit dem sich unreife Vorläuferzellen aus dem Knochenmark bei ihrer Ankunft in der Milz zur finalen Ausdifferenzierung in entweder FoB oder MZB-Zelle entscheiden. Dabei wird der Notch-Rezeptor durch Bindung mit dem Liganden DLL-1 aktiviert, der auf follikulären Fibroblasten exprimiert wird. Um den Effekt der Aktivierung des Notch2 Signalwegs in B-Zellen in dieser follikulären Nische zu untersuchen, wurde in dieser Dissertation ein transgenes Mausmodell verwendet, in dem die Expressionen eines konstitutiv aktiven Teils des Notch2-Rezeptors spezifisch in reifen FoB-Zellen induziert werden kann. In der vorliegenden Dissertation wurde der Effekt eines andauernden Notch2 Signals auf reife FoB-Zellen untersucht, um die Frage zu beantworten, ob dieses Notch2 Signal ausreicht, um eine Transdifferenzierung zur MZB-Zellidentität anzustoßen. Die Induktion des konstitutiv aktiven Notch2 Signals war in der Tat der Auslöser eines relativ langsamen Prozesses der Transformation von FoB-Zellen in bona fide MZB-Zellen innerhalb eines Zeitfensters von zwei Wochen. Die MZB-Zell Identität konnte hinsichtlich des zellulären Phänotyps, der räumlichen Lokalisierung der Zellen innerhalb der Milzarchitektur, ihrer immunologischen Funktion sowie des Transkriptionsprofils bestätigt werden. Im zweiten experimentellen Teil dieser Arbeit wurde die Frage beantwortet, ob diese Transdifferenzierung auch im physiologischen Kontext in Wildtyp-Mäusen stattfindet. Dazu wurden aufgereinigte FoB-Zellen in nicht-transgene Empfängermäuse transplantiert und deren Phänotyp über einen Zeitraum von zwei Wochen analysiert. Die Ergebnisse des adoptiven Transfers konnten unsere Theorie bestätigen, dass eine bemerkenswerte dynamische Plastizität zwischen reifen FoB und MZB-Zellen vorliegt.
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Lechner, Markus
2021
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Lechner, Markus (2021): Notch2 signaling in B cell plasticity. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

B cells are a type of lymphocyte immune cells with important functions in humoral immunity of the adaptive immune system and are responsible for the production of antibodies. B cells also account for malignancies and autoimmune disorders. For a better understanding and treatment of these diseases, the respective B cell functions and last not least their development and origin are of crucial importance. Murine peripheral B cells can be separated into B1 and B2 cells, with B2 cells constituting the vast majority of B cells in the secondary lymphatic organs such as the spleen. B2 cells in the murine spleen are composed of follicular B (FoB) and marginal zone B (MZB) cells, which are two functionally and spatially distinct mature B cell populations. It has been shown before that Notch2 signaling plays a key role in the cell fate decision of immature transitional B cells after influx into the spleen to terminally differentiate into either a FoB or MZB cell. This process is mediated by Notch2 activation via binding its ligand DLL-1 on follicular fibroblasts. To study the effect of Notch2 activation on B cells in this follicular niche, this work makes use of a transgenic mouse model with an inducible expression of a constitutively active intracellular signaling domain of the Notch2 receptor, specifically in mature FoB cells. This work answered the open questions of what happens if a mature FoB cells receives an enduring Notch2 signal and whether this fate-decisive signaling pathway might suffice to induce a trans-differentiation towards the MZB lineage. It was observed that Notch2 activation triggered the slow process of re-programming FoB cells into bona fide MZB cells within a time window of two weeks with regard to their surface phenotype, splenic localization, immunological function and transcriptomic profile. The second part of this thesis answered the question whether the observed trans-differentiation can also occur physiologically in a non-transgenic setting of wild type mice. For this, purified FoB cells were transplanted into congenic recipient mice and their phenotype was followed up over the same time window of two weeks. The results of the adoptive transfer experiments confirmed our theory and proved a remarkable dynamic plasticity between mature FoB and MZB cells.

Abstract

B-Lymphozyten oder kurz B-Zellen stellen einen wichtigen Teil der Immunzellen dar und zeigen sich hauptverantwortlich für die humorale Immunantwort des adaptiven Immunsystems durch die Produktion und Sekretion von Antikörpern. B-Zellen sind in die Entstehung maligner Erkrankungen und Autoimmunkrankheiten involviert. Um diese Erkrankungen in Zukunft besser therapieren zu können, ist es von immenser Bedeutung, die einzelnen Untergruppen der B-Zellen, deren spezifische Funktionen und nicht zuletzt die Entwicklungswege der B-Zellen zu verstehen. Murine periphere B-Zellen lassen sich grob in die zwei Unterklassen der B1 und B2-Zellen teilen, wobei letztere den Großteil der B-Zellen in den sekundären Lymphorganen wie der Milz stellen. Die B2-Zellen wiederum spalten sich in Follikuläre (Fo) und Marginalzonen (MZ) B–Zellen auf, zwei Zelltypen mit unterschiedlicher immunologischer Funktion und räumlicher Lokalisation innerhalb der Milz. In der Entwicklung dieser beiden reifen B-Zell Subpopulationen hat sich der Notch2 Signalweg als entscheidender Schalter herausgestellt, mit dem sich unreife Vorläuferzellen aus dem Knochenmark bei ihrer Ankunft in der Milz zur finalen Ausdifferenzierung in entweder FoB oder MZB-Zelle entscheiden. Dabei wird der Notch-Rezeptor durch Bindung mit dem Liganden DLL-1 aktiviert, der auf follikulären Fibroblasten exprimiert wird. Um den Effekt der Aktivierung des Notch2 Signalwegs in B-Zellen in dieser follikulären Nische zu untersuchen, wurde in dieser Dissertation ein transgenes Mausmodell verwendet, in dem die Expressionen eines konstitutiv aktiven Teils des Notch2-Rezeptors spezifisch in reifen FoB-Zellen induziert werden kann. In der vorliegenden Dissertation wurde der Effekt eines andauernden Notch2 Signals auf reife FoB-Zellen untersucht, um die Frage zu beantworten, ob dieses Notch2 Signal ausreicht, um eine Transdifferenzierung zur MZB-Zellidentität anzustoßen. Die Induktion des konstitutiv aktiven Notch2 Signals war in der Tat der Auslöser eines relativ langsamen Prozesses der Transformation von FoB-Zellen in bona fide MZB-Zellen innerhalb eines Zeitfensters von zwei Wochen. Die MZB-Zell Identität konnte hinsichtlich des zellulären Phänotyps, der räumlichen Lokalisierung der Zellen innerhalb der Milzarchitektur, ihrer immunologischen Funktion sowie des Transkriptionsprofils bestätigt werden. Im zweiten experimentellen Teil dieser Arbeit wurde die Frage beantwortet, ob diese Transdifferenzierung auch im physiologischen Kontext in Wildtyp-Mäusen stattfindet. Dazu wurden aufgereinigte FoB-Zellen in nicht-transgene Empfängermäuse transplantiert und deren Phänotyp über einen Zeitraum von zwei Wochen analysiert. Die Ergebnisse des adoptiven Transfers konnten unsere Theorie bestätigen, dass eine bemerkenswerte dynamische Plastizität zwischen reifen FoB und MZB-Zellen vorliegt.