B Cell Activation and Antibody Responses: The role of vesicle trafficking and Rab GTPases

Abstract

B lymphocytes are an important part of the adaptive immune system. As one of their main functions, B cells can recognise specific antigens via their B cell receptor and produce antibodies that help clear infections. In T-dependent antibody responses, B cells need to uptake protein antigens and degrade them in specialised and highly regulated intracellular vesicles. The resulting peptides will be loaded onto the Major Histocompatibility Complex II (MHCII) and presented to the T lymphocytes to fully activate the immune response. Hence, precise coordination of vesicular trafficking is essential for antigen processing and presentation. However, how these processes are coordinated remains poorly understood.

This thesis focused on the characterisation of the antigen processing routes in B lymphocytes and the role of the small GTPase Rab8a, a vesicle regulator, in the B cell immune response. First, we followed the traffic of the antigen in mouse B cells and studied its colocalisation with different endosomal markers using high-end microscopy. This allowed us to identify a population of highly dynamic and heterogenous vesicles with degradative capacity. These vesicles, termed early MHCII compartments (eMIIC), also contained MHC II internalised from the cell surface and its chaperone H2-M, indicating that eMIIC could readily process and present uptaken antigens with remarkable efficiency. Second, we developed a specific hybridisation internalisation probe (SHIP) assay that allowed for the precise imaging of internalised antigen in B lymphocytes. Third, we investigated the role of Rab8a in B cell biology for the first time using conditional Rab8a knock out mice. Interestingly, despite of its localization to antigen vesicles, Rab8a deficiency did not alter antigen internalisation, processing or presentation. Instead, it caused increased antibody responses in vivo. Our work demonstrates that Rab8a regulates the antibody responses, although the molecular mechanisms remain to be discovered. Overall, this thesis contributes to the understanding of the antigen processing route and the role of an uncharacterised Rab GTPase, Rab8a, in B lymphocytes.

<b>B-soluaktivaatio ja vasta-ainereaktio –Kalvorakkulaliikenteen ja Rab GTPaasien rooli</b>

B-(lymfosyytti)soluilla on tärkeä tehtävä elimistön mukautuvan immuunijärjestelmän toiminnassa. B-solujen yhtenä päätehtävänä on tunnistaa spesifisiä antigeenejä B‑solureseptoriensa (BCR) avulla ja tuottaa vasta-aineita, jotka auttavat parantamaan infektioita. T-soluvälitteisissä vasta-ainereaktioissa B-solut ottavat sisäänsä proteiiniantigeenin ja hajottavat sen erikoistuneissa ja tarkoin säädellyissä solunsisäisissä kalvorakkuloissa. Prosessissa syntyvät peptidit ladataan MHCIIkomplekseihin ja esitellään T-soluille täyden immuunivasteen aktivoimiseksi. Siten kalvorakkulaliikenteen tarkalla säätelyllä on merkittävä rooli antigeenin prosessoinnissa ja esittelyssä. Mekanismeja, joiden avulla näitä tapahtumasarjoja Bsoluissa säädellään, tunnetaan kuitenkin tällä hetkellä huonosti.

Tämä työ keskittyi karakterisoimaan antigeenin prosessointireittejä B-soluissa sekä selvittämään Rab8-kalvorakkulasäätelijän roolia B-soluvälitteisessä immuunipuolustuksessa. Aluksi seurasimme antigeenin ottamista solun sisälle ja sen paikallistumista erilaisiin kalvorakkuloihin moderneja kuvantamistyökaluja käyttäen. Identifioimme antigeenin erittäin dynaamisissa ja heterogeenisissä kalvorakkuloissa, joilla oli kapasiteettia myös antigeenin hajottamiseen. Nämä nopeasti muodostuvat kalvorakkulat sisälsivät myös solun pinnalta tulleita MHCII komplekseja, sekä MHCII kompleksin tarvitsemaa esiliina-proteiinia H2-M; tämä tulos viittaa näiden kalvorakkuloiden mahdollisuuteen prosessoida antigeenia esiteltäväksi hyvin nopeasti. Toisessa työssä kehitimme hybridisoituvaa internalisaatio-koetinta käyttävän protokollan, jonka avulla voidaan poistaa solun pinnalla olevan antigeenin taustasignaali ja täten kuvantaa ainoastaan solun sisälle otettua antigeenia. Lopuksi tutkimme Rab8-proteiinin roolia B-soluissa käyttäen konditionaalista Rab8a-poistogeenistä hiirimallia. Työn tulokset osoittivat, että Rab8a lokalisoitui antigeenia sisältäviin kalvorakkuloihin mutta sen puute ei vaikuttanut antigeenin sisään ottamiseen, prosessointiin tai esittelyyn. Sen sijaan Rab8a:n puuttuminen B-soluista lisäsi hiirissä muodostuvaa vasta-ainereaktiota. Työmme osoitti, että Rab8a kontrolloi vasta-ainetuotantoa, mutta molekyylitason mekanismien selvittäminen vaatii vielä lisätutkimuksia. Tämä lopputyö laajentaa ymmärrystämme antigeenien prosessointireiteistä B-soluissa sekä aiemmin karakterisoimattoman Rab GTPaasin, Rab8a:n, roolista.