Idiotypes and allotypes revisited - disentangling the B cell enigma in multiple sclerosis

B cellene, en viktig del av det ervervede immunforsvaret vårt, er i stand til å kjenne igjen utallige fremmede strukturer (antigener) ved hjelp av en blanding av tilfeldige og målrettede endringer i deres unike B celle reseptorer. I vår forskning forsøker vi å belyse hvordan disse reseptorene kan potensielt framkalle og/eller opprettholde betennelsesreaksjoner ved multippel sklerose. Vi har fokusert på måter vi kan oppdage slike sykdomsfremkallende B-celle reseptorer. Vi postulerte at 1) relevante B celle reseptorer må bli oppstykket av enzymer på «riktig» sted, 2) de resulterende bitene av reseptoren må kunne vises fram for immunforsvaret og 3) immunforsvaret må tolke det de ser som fremmed. For å løse dette har vi alliert oss med bioinformatikere fra USA og i en omfattende analyse av flere millioner varianter vi hadde samlet fra MS pasienter, fant vi at nesten halvparten (42%) av de vanligste B celle reseptorene i spinalvæsken til MS pasienter innehar potensielt stimulerende egenskaper. Resultatene av denne studien ble publisert høsten 2017, i Frontiers in Immunology. For å bekrefte disse bioinformatiske funn har vi gått videre med to spor. Først har vi analysert hvordan B celle reseptorer tenkelig kan brytes ned. Vi har studert hvordan terapeutiske legemidler som likner svært mye på slike B celle reseptorer brytes ned av relevante enzymer i laboratoriet, og avdekket viktige nedbrytningsmekanismer som er viktig for dannelsen av antigener, slik vi postulerte i 1). Disse nedbrytningsmekanismene kan også forutses ved hjelp av modellene beskrevet over, og hjelp av disse modellene kan vi dermed avdekke nye nedbrytningsmønstre. Resultatene av denne studien er ble nylig publisert i International Journal of Molecular Sciences. Videre har vi ved god hjelp av modellene forsøkt å bekrefte del 2) og 3) også. Ved å først la datamaskinen velge ut potensielle antigener kan vi drastisk redusere antall vi må teste i laboratoriet. Vi har fått reseptorbitene datamaskinen valgte produsert syntetisk, slik at vi kan teste hvordan T cellene i immunforsvaret til pasientene reagerer på disse. I alle de ni testede MS pasientene, har vi påvist at T cellene gjenkjenner slike reseptorbiter som fremmed og resultatet er publisert i tidsskriftet Frontiers in Immunology våren 2020. Arbeidet over er sammenfattet i avhandlingen «B cells in Multiple Sclerosis ? on idiotopes and antigen presentation» av Rune A. Høglund, som ble godkjent for graden PhD, med offentlig disputas juni 2020. Utover hovedhypotesene over har det også blitt jobbet med relaterte immunologiske problemstillinger. Høsten 2018 publiserte vi funn om hvordan legemiddelet dimetylfumarat (Tecfidera®) påvirker B cellene i spinalvæsken i tidsskriftet Multiple Sclerosis and Related Disorders, og nylig beskrev vi en lærerik kasuistikk om en multippel sklerose liknende tilstand kalt anti-MOG encefalitt i Tidsskrift for den Norske Legeforening.

Vår forventning ved prosjektstart var at prosjektet ville øke forsrtåelsen av sykdomsmekanismen ved MS. Konkret forventet vi at vi ved hjelp av bioinformatisk prediksjonsanalyse kombinert med in-vitro eksperimenter ville kunne kartlegge om MS-pasienter har et omfattende repertoir av T- og B-celler som er i stand til å stimulere hverandre gjensidig, og som har potensial til å drive inflammasjone ved MS. Vi har oppnådd dette målet, gjennom å kartlegge i hvilken grad immunglobuliner fra spinalvæsken til MS-pasienter fordøyes av enzymer som ghør at de kan presenteres på HLA-molekyler, og at disse HLA/peptidkompleksene kan gjenkjennes av pasientenes egen T-celler. Resultatene av prosjektet har også vist hvordan terapeutiske monoklonale antistoffer kan stimulere immunsystemet.

Multiple sclerosis (MS) is a leading cause of neurological disability among young adults, particuarly among women. Recent theraputic approaches are restricted by limited effect and/or severe adverse events related to immunosuppression (opportunistic infections) or secondary autoimmunity (thyroiditis, nephritis and thrombocytopenia) caused by paradoxic activation of autoreactive B cells. More selective immunotherapy is therefore needed. Clonal expansion of IgG-secreting B cells is characteristic for MS, but it has so far not been possible to pinpoint their target antigens. Recent observations in our lab suggest that B cells in the cerebrospinal fluid (CSF) of MS patients could be selected and activated by non-conventional mechanisms: First, the hypervariable regions(idiotypes) of their secreted IgG carry mutations that can be recognized as immunological non-self by CD4 T cells. Second, IgG-secreting B cells from the CSF of MS patients seem to be G1m allotype restricted. Whereas previous studies have been hampered by methodological constraints, high throughput sequencing of IGVH transcriptomes and T cell receptor repertoires now allows a detailed and unbiased analysis of the immune responses in MS at a molecular and clonal level. We will combine high throughput sequencing of the immune repertoires, bioinformatic analysis, ex vivo experiments and immunohistochemistry of brain tissue to study if the requirements for non-conventional B cell activation in the cerebrospinal fluid and brain of MS patients are present, and describe the phenotypes of T- and B cells participating in this process. This work will be conducted at Akershus University Hospital and Oslo University Hospital, With contributions from the Universities of Oslo, Jena, and Ferrara, and from Adaptive Biotechnologies in Seattle and Eigen Bio in M