Antigen processing and intercellular trafficking in B cells

Abstract

B cells are responsible for specific antibody production. To produce antibodies, they recognize and internalize antigen (ag), cleave it into peptides, load the peptideantigens (pAg:s) onto major histocompatibility complex II (MHCII) and traffic the pAg-MHCII to the plasma membrane, to receive proliferation-promoting signals from helper T cells. During the antigen processing, B cells have to process also the MHCII complex. Immature MHCII complexes are bound with an invariant chain (Ii) which protects the peptide-binding groove of the MHCII. On the endosomal pathway, Ii is clipped into shorter moieties with Cathepsin S (CatS). CatS leaves a short Ii tail to protect MHCII until a pAg, ready to replace Ii, is encountered. The IipAg exchange is induced with a class II accessory molecule (DM). Despite the biochemical processes in the pAg-MHCII presentation being well described, compartments and proteins guiding the events are not reported in detail in B cells.

In this work, the endosomal compartments associated with antigen processing and MHCII maturation are described. This study reports B cells to possess a fast track for ag processing and pAg presentation. The fast track consists of previously unrecognized early peptide-loading compartments (eMIICs), which locate close to the plasma membrane and possess the proteins needed for antigen processing and pAg presentation in B cells, such as MHCII, CatS, DM and degrading activity.

This study also characterizes classical peptide loading compartments, MIICs. This work shows that MIICs possess several proteins of the endosomal pathways such as early, late, lysosomal and recycling-linked proteins. Interestingly, this study also suggests that (macro)autophagosomes, together with Rab7, might have an important role in ag processing and pAg presentation in B cells. Inhibitors of autophagy and Rab7 decrease pAg-MHCII presentation in B cells. Also, boosting Rab7 activity with constitutively active Rab7 mutation was found to increase pAgMHCII presentation.

Together, these findings show that B cell antigen processing can occur in several pathways which might be coordinated together. These findings may provoke new insights and tools to modulate and tone antigen processing in B cells.

<b>Vasta-aineen käsittely B-soluissa</b>

B-solut ja niistä erilaistuneet plasmasolut tuottavat vasta-aineita. Tätä varten B-solut käsittelevät taudinaiheuttajista lähtöisin olevia antigeeneja (ag), pitkän jatkumon läpi. B-solut tunnistavat antigeenin, ottavat antigeenin sisäänsä ja käsittelevät sen peptidi-antigeeniksi (pAg). pAg sidotaan major histocompatibility complex II (MHCII)-molekyyliin ja kuljetetaan takaisin solukalvolle, jossa B-solu esittelee pAg-MHCII kompleksin T-soluille saadakseen erilaistumiskäskyn. Antigeenin käsittelyn lisäksi B-solut käsittelevät myös MHCII:n. Erilaistumaton MHCII ei sido itseensä pAg:a vaan MHCII:ta suojaava molekyyli, invariant chain (Ii), täytyy ensin lyhentää katepsiini-S:n avulla. Kun Ii on pilkottu, tarvitaan class II accessory -molekyyli, DM, joka edesauttaa pAg sitoutumaan MHCII:een. Edelleen on jäänyt epäselväksi, missä solun sisäisissä rakentaissa antigeenin hajottaminen ja pAg:n sitominen MHCII:n tapahtuu, tai mitkä proteiinit näitä tapahtumia ohjaavat.

Kuvaamme tässä työssä antigeenin hajottamiseen ja MHCII:n kypsymiseen liittyviä kalvorakenteita. Osoitamme, että ag-käsittely ja pAg esittely voi olla hyvin nopeaa varhaisissa antigeenia käsittelevissä kalvorakkuloissa, eMIIC:ssa. eMIIC:t odottavat solukalvon alapuolella antigeenin sisäänottoa. eMIIC:ssa toimivia molekyylejä ovat muun muassa MHCII, katepsiini-S sekä DM. Nämä molekyylit pystyvät hajoittamaan materiaalia kalvorakkuloissa. Täten eMIIC:t sisältävät useita antigeenin hajottamiseen ja pAg:n esittelyyn tarvittavia molekyylejä. Kuvaamme myös pAg:n käsittelevän kalvorakkulan, MIIC:n piirteitä. Näytämme, että MIIC:ssä on useita proteiineja eri kalvorakkuloiden rakenteista. Mielenkiintoista on myös se, että autofagosomit vaikuttavat olevan tärkeässä roolissa. Tutkimuksessa esitetään, että autofagosomien tai Rab7:n toiminnan rajoittaminen vähentää pAg-MHCII esittelyä, kun taas Rab7 aktivointi vaikuttaa parantavan pAg-MHCII esittelyä.

Esitämme, että antigeenin käsittelyä tapahtuu useissa erilaisissa kalvorakkulareiteissä, jotka saattavat toimia yhdessä. Löytömme voi myös tuoda uusia näkemyksiä antigeenin käsittelyreittien hallitsemiseksi B-soluissa.