[論文レビュー] The weakest link bridging germinal center B cells and follicular dendritic cells limits antibody affinity maturation

Rajat Desikan, Rustom Antia+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2020

T-cell and B-cell Immunology参考文献 132被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、体内における抗体親和性の上限が、B細胞受容体と抗原（BCR-Ag）の相互作用だけではなく、生発センターB細胞とフレキシブルドendritic細胞（FDCs）をつなぐ多タンパク質複合体における最も弱い結合に起因することを提案している。この最も弱い結合、例えばFcγRIIB-抗体相互作用を強化することで、親和性成熟を向上させ、抗体の強度の上限を引き上げることが可能になる。

ABSTRACT

The affinity of antibodies (Abs) produced in vivo for their target antigens (Ags) is typically well below the maximum affinity possible. Nearly 25 years ago, Foote and Eisen explained how an 'affinity ceiling' could arise from constraints associated with the acquisition of soluble antigen by B cells. However, recent studies have shown that B cells in germinal centers (where Ab affinity maturation occurs) acquire Ag not in soluble form but presented as receptor-bound immune complexes on follicular dendritic cells (FDCs). How the affinity ceiling arises in such a scenario is unclear. Here, we argue that the ceiling arises from the weakest link of the chain of protein complexes that bridges B cells and FDCs and is broken during Ag acquisition. This hypothesis explains the affinity ceiling realized in vivo and suggests that strengthening the weakest link could raise the ceiling and improve Ab responses.

研究の動機と目的

• 長年のパラドックスである、親和性成熟が長期間にわたり行われても、体内における抗体親和性が理論上の最大値にまで到達しない理由を解明すること。
• 可溶性抗原の取り込みを想定する古典的なFoote-Eisenモデルの親和性上限と、抗原がフレキシブルドendritic細胞（FDCs）上に免疫複合体として存在するという現代の免疫学的知見を調和させること。
• 生発センターB細胞とFDCsをつなぐ多タンパク質複合体における最も弱いリンクに基づく、親和性上限の新しいメカニズム的説明を提示すること。
• この複合体における最も弱いリンクを強化することで、抗体親和性の上限を引き上げられ、ワクチンや免疫療法の設計を改善できる可能性を示唆すること。

提案手法

• 抗原の取り込みプロセスを、B細胞とFDCsをつなぐタンパク質複合体の鎖としてモデル化し、各複合体が全体の結合エネルギーに寄与することを想定する。
• 各リンクの強度を熱力学的自由エネルギー（ΔG）の推定値を用いて定量的に評価し、特にBCR-Ag、Fc-FCγRIIB、補因子-C3d-CR2の相互作用に注目する。
• DNAまたはストレプトアビチンをテザーとして用い、剛性（PEG）または柔軟性（PMS）を持つ基板に抗原を提示したin vitro実験を分析し、リンクの機械的強度を模擬する。
• 抗原抽出時の機械的力が各成分の解離速度に与える影響を理解するために、「スリップ結合」と「キャッチ結合」の概念を適用する。
• Fcのエンジニアリングや高親和性IgGサブタイプの使用によって、最も弱いリンクを強化する介入戦略を提案する。
• 被動免疫化のデータを基に、FcγRIIB結合親和性を向上させた投与抗体が、内因性B細胞選択を促進し、親和性成熟の上限を引き上げる可能性があると示唆する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ体内における抗体親和性は、in vitroで顕著に高い親和性が得られるにもかかわらず、約10^10–10^12 M⁻¹にまで plateau するのか？
• RQ2 抗原がFDCs上に免疫複合体として存在するという抗原取り込みメカニズムは、可溶性抗原の取り込みを想定する古典的モデルと比較して、親和性上限の基盤をどのように変化させるのか？
• RQ3 抗原がFDCs上に免疫複合体として提示される場合、抗体親和性成熟の上限は何かによって決定されるのか？
• RQ4 B細胞-FDC抗原移動鎖における特定の分子的リンクを強化することで、実験的に親和性上限を引き上げられるか？
• RQ5 機械的力および結合ダイナミクス（例：スリップ結合対キャッチ結合）は、抗原の取り込みを制限し、結果として親和性成熟を制限する役割を果たすのか？

主な発見

• 体内における親和性上限は、BCR-Ag相互作用そのものではなく、生発センターB細胞とフレキシブルドendritic細胞（FDCs）をつなぐ多タンパク質複合体における最も弱いリンクに起因する。
• in vitro実験では、FcγRIIB-抗体相互作用が最も弱いリンクである場合（柔軟性のあるPMS基板上）、B細胞は全体の複合体を内因性化し、親和性の選別能力を失い、膜パッチの強度にまで有効な上限が低下する。
• DNA-ストレプトアビチン結合が最も弱いリンクである場合（剛性のあるPEG基板上）、B細胞はその結合のみを破壊し、親和性の選別能力を保持したまま、より高い親和性のB細胞が選別される。
• 最も弱いリンクを強化することで（例：Fc領域をFcγRIIB親和性を高めるようにエンジニアリング）、全体の親和性上限を引き上げられ、抗体応答を改善できる。
• FcγRIIB結合親和性を向上させたエンジニアリングを施した抗体を被動免疫化で投与することで、内因性B細胞選択が促進され、親和性成熟の上限が引き上げられる可能性がある。
• 臨床的に関連するFcγRIIBまたはCR2の多型は、観察される親和性上限の差異と相関する可能性があり、遺伝的関連研究の可能性を示唆している。