Kiemcentrum

Lymfeklier met twee secundaire follikels: (1) Kapsel, (2) Marginale sinus, (3) Kiemcentra (secundaire follikel), (4) Parafolliculaire ruimte, (5) Trabeculae
(A) PD1+ (blauw) en alfa-actine+ (rood) cellen in een standaard 2D-preparaat. Het kiemcentrum bevindt zich in het midden van de afbeelding, omgeven door de T-zone. (B) Confocale microscoopafbeelding toont folliculaire dendritische cellen (FDC) in rood (CD23+) en fibroblastische reticulaire cellen (FRC) in groen (alfa-actine+). (C) Geconstrueerde oppervlakken voor de confocale microscopieafbeelding in afbeelding 2 (FDC in rood en FRC in groen). Deze oppervlaktereconstructie illustreert de driedimensionaliteit van het weefsel. Zoals te zien is, zijn de wanden in de B-/T-grens alfa-actine-positieve structuren die gerelateerd kunnen worden aan de FRC's. Vergroting van de microscopieafbeeldingen. (A) 40x (B en C) 63x.
Kiemcentrum van een lymfeklier met de proliferatie- en ontwikkelingsstadia van een B-cel.
(A) Een dwarsdoorsnede door een volwassen kiemcentrum in evenwicht. Naïeve B-cellen (geel) markeren de mantelzone (MZ) rondom het kiemcentrum (oranje/roze). T-cellen (blauw/groen) bevinden zich in het extrafolliculaire gebied, met uitzondering van folliculaire helper-T-cellen in de mantelzone (LZ) (lichtblauw). (A-D) Anatomie van de mantelzone. In alle panelen is de chemotaxisparameter van de B-cellen in het kiemcentrum 12 µm/min. Het verhogen van de chemotaxisparameter van de naïeve B-cellen (weergegeven in geel) [(A) 6 µm/min (B) 8 µm/min (C) 10 µm/min (D) 12 µm/min] beïnvloedt direct het relatieve vermogen van naïeve B-cellen om te concurreren om ruimte binnen de mantelzone, waardoor de architectuur van het kiemcentrum (weergegeven in oranje/roze) wordt vernietigd. (E) De anatomie van het kiemcentrum is afhankelijk van een dichte omgeving. In een dunbevolkte basis keelamandel-eenheid (ongeveer 1/10 van het fysiologische niveau van lymfocyten) is er voldoende vrije ruimte in het follikel en het extrafolliculaire gebied. Onder deze omstandigheden worden naïeve B-cellen (weergegeven in geel) niet uit het secundaire follikel verdreven door kiemcentrum B-cellen (LZ-cellen weergegeven in oranje, DZ-cellen weergegeven in roze). Dit benadrukt het idee dat er geen fysieke barrière is die naïeve B-cellen ervan weerhoudt een kiemcentrum binnen te gaan. In ons systeem is het de door chemotaxis gedreven competitie om beperkte ruimte die hun uitsluiting veroorzaakt, waardoor de MZ wordt gevormd en de algehele kiemcentrumstructuur (LZ en DZ) in stand wordt gehouden.

Kiemcentra zijn tijdelijk gevormde structuren binnen de B-celzone (follikels) in secundaire lymfoïde organen – lymfeklieren, Peyerse platen in de kronkeldarm en de milt[1] – waar volwassen B-cellen worden geactiveerd, prolifereren, differentiëren en hun antilichaamgenen muteren (door somatische hypermutatie gericht op het bereiken van een hogere affiniteit) tijdens een normale immuunrespons; de meeste B-cellen in de kiemcentra worden verwijderd door tintibele lichaamsmacrofagen.[2] Er zijn verschillende belangrijke verschillen tussen naïeve B-cellen en B-cellen in de kiemcentra, waaronder het niveau van proliferatieve activiteit, grootte, metabolische activiteit en energieproductie.[3] De B-cellen ontwikkelen zich dynamisch na de activering van folliculaire B-cellen door T-afhankelijke antigenen. De initiatie van de vorming van kiemcentra omvat de interactie tussen B- en T-cellen in het interfolliculaire gebied van de lymfeklier, CD40-CD40L-ligatie, NF-κB-signalering en expressie van IRF4 en BCL6.[4]

Kiemcentrum B-cellen doorlopen de twee verschillende zones van het kiemcentrum: de lichte zone en de donkere zone.[3][4][5][6] Omdat ze een snelle en muterende celdeling ondergaan, worden B-cellen in de donkere zone van het kiemcentrum centroblasten genoemd. Zodra deze B-cellen stoppen met prolifereren in de donkere zone en naar de lichte zone migreren, worden ze centrocyten genoemd en worden ze geselecteerd door folliculaire helper-T-cellen (TFH-cellen) in aanwezigheid van folliculaire dendritische cellen (FDC's).[3][4][5][6] Er zijn drie mogelijke bestemmingen voor kiemcentrum B-cellen die positief geselecteerd zijn in de lichte zone: plasmacel, B-geheugencel of B-cel die toestemming heeft om terug te keren naar de donkere zone voor proliferatie en mutatie.[4][6] Deze drie bestemmingen worden bereikt via de verschillende mechanismen die hieronder worden beschreven. Kiemcentra vormen een belangrijk onderdeel van de humorale immuunrespons van B-cellen en fungeren als centrale fabrieken voor de generatie van affiniteitsgerijpte B-cellen die gespecialiseerd zijn in het produceren van verbeterde antilichamen die antigenen (bijv. infectieuze agentia) effectief herkennen, en voor de productie van langlevende plasmacellen en duurzame B-geheugencellen.

Naïeve B-cellen versus kiemcentrum-B-cellen

Er zijn verschillende belangrijke verschillen tussen naïeve B-cellen en kiemcentrum-B-cellen. Naïeve B-cellen delen zich niet veel. B-cellen in het kiemcentrum daarentegen delen zich snel en frequent, en hun celcyclus kan slechts vijf uur duren. Door hun hoge proliferatievermogen zijn kiemcentrum-B-cellen groter en metabolisch actiever dan naïeve B-cellen. Hoewel kiemcentrum-B-cellen een grotere energiebehoefte hebben dan naïeve B-cellen, produceren ze hun energie voornamelijk via vetzuurverbranding, terwijl naïeve B-cellen afhankelijk zijn van glycolyse.[3]

Initiatie van kiemcentra

Kiemcentra worden gevormd in de B-cel follikels van de lymfeklier. Na activering van naïeve B-cellen in de lymfeklierfollikels migreren de B-cellen naar de interfolliculaire gebieden, waar ze kunnen interageren met T-cellen. Wanneer de B- en T-cellen interageren, binden de antigeenspecifieke T-celreceptoren zich aan het antigeen + MHC dat door de B-cellen wordt gepresenteerd. Daarnaast kunnen de T-cellen de B-cellen helpen door de interactie van de T-cel CD40-ligand met het B-cel CD40-molecuul, wat een signaalcascade op gang brengt die gunstig is voor de overleving en proliferatie van B-cellen. Activering van de B-celreceptor resulteert in de activering van de NF-κB-signaalroute, die essentieel is voor de initiatie van de kiemcentrumreactie. Met name de expressie van de transcriptiefactoren IRF4 en BCL6 is vereist voor de ontwikkeling van kiemcentra en wordt gereguleerd door NF-κB-signalering. BCL6 reguleert bijvoorbeeld de locatie van B-cellen in de lymfeklier en zorgt ervoor dat ze een hogere tolerantie hebben voor DNA-schade, waardoor de proliferatie van kiemcentrum B-cellen wordt bevorderd. Alle B-cellen beginnen met de co-expressie van antilichamen met IgM- en IgD-constante (onveranderlijke) regio's, maar ze kunnen deze constante regio's later vervangen door IgA-, IgG- of IgE-constante regio's en antilichamen van een ander type tot expressie brengen via class switching-recombinatie. Class switching-recombinatie vindt plaats tijdens de initiatiefase van het kiemcentrum. De voorlopers van kiemcentrum-B-cellen beginnen zich vier dagen na immunisering te vermenigvuldigen en polariseren zich een week na immunisatie in donkere en lichte zones.[4]

Twee verschillende kiemcentrumzones: de donkere zone en de lichte zone

Het kiemcentrum kent twee verschillende gebieden: de lichte zone (LZ) en de donkere zone (DZ).[3][4][5][6] Deze twee zones worden gevormd uit pre-kiemcentrum B-cellen die zeven dagen na immunisering prolifereren en polariseren.[3][4] Kiemcentrum B-cellen wisselen af tussen de donkere zone en de lichte zone en ondergaan respectievelijk verschillende rondes van mutatie en selectie.[5][6]

Donkere zone

De donkere zone van het kiemcentrum ligt dicht bij de T-celzone in de lymfeklier en bestaat uit kiemcentrum B-cellen en reticulaire cellen die lijken op folliculaire dendritische cellen. De B-cellen in de donkere zone van het kiemcentrum worden centroblasten genoemd.[3] Ze zijn groter dan de cellen in de lichte zone van het kiemcentrum en zijn proliferatiever (d.w.z. ondergaan meer celdeling).[3][5] Somatische hypermutatie, een proces waarbij het enzym activatie-geïnduceerd cytidine deaminase (AID) willekeurig de variabele regio's van het antilichaam muteert en hun affiniteit voor het antigeen verandert, vindt plaats in de donkere zone.[3][4][5][6] Daarnaast prolifereren B-cellen die positief geselecteerd zijn in de lichte zone omdat ze B-celreceptoren met een hoge affiniteit voor het antigeen tot expressie brengen, uitgebreid in de donkere zone. Dit proces wordt klonale expansie genoemd.[3][6] Na somatische hypermutatie en voordat ze de lichte zone bereiken, worden de oude B-celreceptoren op het oppervlak van de B-cellen vervangen door de nieuwe, gemuteerde B-celreceptoren.[4] B-cellen die na somatische hypermutatie B-celreceptoren tot expressie brengen met een verlaagde affiniteit voor het antigeen ondergaan apoptose, terwijl B-cellen die na somatische hypermutatie B-celreceptoren tot expressie brengen met een verhoogde affiniteit voor het antigeen migreren naar de lichte zone voor verdere selectie.[4] Somatische hypermutatie is een cellulair mechanisme waarmee het immuunsysteem zich aanpast aan nieuwe, vreemde elementen waarmee het geconfronteerd wordt (bijv. micro-organismen).

Lichte zone

De lichte zone bestaat uit kiemcentrum B-cellen en folliculaire helper-T-cellen. Deze zone ligt dicht bij de lymfeklier en in de buurt van het netwerk van folliculaire dendritische cellen.[3] De kiemcentrum B-cellen in de lichte zone, ook wel centrocyten genoemd, zijn kleiner, komen minder vaak voor en delen minder dan de kiemcentrum B-cellen in de donkere zone.[3][4][5] De nabijgelegen folliculaire dendritische cellen presenteren het antigeen aan de kiemcentrum B-cellen in de lichte zone die eerder in de donkere zone gemuteerd waren. De cellen met de hoogste affiniteit voor het antigeen kunnen binden aan en hulp ontvangen van folliculaire helper-T-cellen die T-celreceptoren hebben die specifiek zijn voor hetzelfde antigeen. De kiemcentrum B-cellen in de lichte zone concurreren daarom om antigeen en stimulatie door folliculaire helper-T-cellen.[3][4][5][6] Het mechanisme waardoor dit gebeurt, is dat wanneer de B-celreceptor het antigeen bindt dat door de folliculaire dendritische cellen wordt gepresenteerd, het antigeen wordt geïnternaliseerd. Vervolgens wordt het antigeen gebonden door MHC klasse II en gepresenteerd op het oppervlak van de B-cel aan de T-celreceptor, waardoor de B-cel geholpen kan worden door de folliculaire helper-T-cel.[6] Kiemcentrum B-cellen die het best in staat zijn om antigeen te presenteren aan folliculaire helper-T-cellen en het sterkste B-celreceptorsignaal produceren, worden positief geselecteerd in de lichte zone van het kiemcentrum.[4] Positieve selectie van kiemcentrum B-cellen in de lichte zone resulteert dus in B-cellen die antilichamen met een hoge affiniteit voor het antigeen tot expressie brengen. De B-cellen die positief worden geselecteerd in de lichte zone beginnen cMyc tot expressie te brengen, wat het kiemcentrum en de proliferatie van de B-cellen in het kiemcentrum reguleert.[3] Ten slotte worden de positief geselecteerde kiemcentrum B-cellen (cMyc+) "gelicentieerd", wat betekent dat ze klaar zijn om terug te worden gestuurd naar de donkere zone van het kiemcentrum, waar ze verder zullen prolifereren en gemuteerd zullen worden door somatische hypermutatie.[6]

Proces

Folliculair lymfoom met kiemcentrum.
  1. In lymfeklieren nemen volwassen perifere B-cellen, bekend als folliculaire B-cellen (Fo-cellen), antigenen op van folliculaire dendritische cellen (FDC's) en presenteren deze vervolgens aan verwante CD4+ folliculaire helper-T-cellen (TFH-cellen) op de grens tussen het interfolliculaire T-celgebied en de B-celzone (ook wel lymfoïde follikels genoemd).
  2. Na verschillende rondes van celdeling ondergaan de B-cellen somatische hypermutatie, een proces waarbij ze hun antilichaam-DNA muteren en zo een diversiteit aan klonen genereren in het kiemcentrum. Dit omvat pseudo-willekeurige substituties die gericht zijn op regio's die het antigeenherkenningsvlak coderen van de antilichamen die de B-cellen produceren. Dit fenomeen onderstreept het proces van affiniteitsrijping, waarbij antilichamen met een hogere affiniteit worden geproduceerd en geselecteerd na antigeenherkenning.
  3. Na ontvangst van een onbekende stimulus migreren de rijpende B-cellen (centroblasten) van de donkere zone naar de lichte zone en beginnen ze hun bewerkte B-cell receptoren op het celoppervlak tot expressie te brengen. In dit stadium worden ze centrocyten genoemd. De centrocyten bevinden zich in een staat van apoptose en concurreren om overlevingssignalen afkomstig van FDC's en folliculaire B-helper T-cellen. Dit reddingsproces, bekend als kiemcentrumselectie, is vermoedelijk afhankelijk van de affiniteit van hun oppervlakte-antilichaam voor het antigeen. Zodanig dat een B-cel die met succes mutaties heeft verworven die een hogere affiniteit voor een oppervlakte-antilichaam ten opzichte van een antigeen opleveren, een overlevingsvoordeel heeft ten opzichte van B-celklonen met een lagere affiniteit en klonen die schadelijke mutaties hebben verworven. Cyclische terugkeer naar de donkere zone als centroblasten biedt anders niet-geselecteerde B-celmutanten de kans om meer mutaties te verwerven om de affiniteit voor het antigeen te verbeteren. Er wordt ook aangenomen dat interacties met T-cellen de vorming van autoreactieve kiemcentrum-B-cellen voorkomen.[7]
  4. In een onduidelijk stadium van hun centroblast-centrocytcyclus ontvangen rijpende B-cellen een laatste differentiatiesignaal om het kiemcentrum te verlaten als een antilichaamproducerende plasmacel, cellen die grote hoeveelheden antilichamen afscheiden, of als een geheugen-B-cel die kan worden gereactiveerd bij latere contacten met hetzelfde antigeen. Geselecteerde B-cellen kunnen ook de hele cyclus van muterende centroblastdeling en centrocytselectie opnieuw starten. Op deze manier kan het verworven immuunsysteem, mede door deze kiemcentrumreacties, antigenen in de loop van de tijd steeds beter herkennen.

De rol van folliculaire helper-T-cellen in het kiemcentrum

In de follikels van de lymfeklieren bevinden zich T-helpercellen, folliculaire helper-T-cellen genaamd, die de vorming van het kiemcentrum en de differentiatie van kiemcentrum B-cellen in plasmacellen en geheugen-B-cellen bevorderen.[5] Folliculaire helper-T-cellen bemiddelen de kiemcentrumreactie op twee belangrijke manieren. Ten eerste brengen folliculaire helper-T-cellen CD40L tot expressie, een tumornecrosefactor (TNF)-eiwit dat bindt aan het CD40-molecuul dat tot expressie komt op kiemcentrum B-cellen. Deze interactie activeert de NF-κB-signaalroute, wat de deling van kiemcentrum B-cellen stimuleert. Ten tweede scheiden folliculaire helper-T-cellen het cytokine IL-21 af, dat dient als signaal voor kiemcentrum B-cellen om te prolifereren en voor de vorming van plasmacellen met een lange levensduur.[3][5]

Het lot van positief geselecteerde B-cellen in het kiemcentrum

Na positieve selectie zijn er drie mogelijke lotgevallen voor B-cellen die de kiemcentrumreactie ondergaan: ze worden een plasmacel, een B-geheugencel of ze belanden in de donkere zone van het kiemcentrum.[4][6] De processen die elk van deze drie lotgevallen initiëren, worden hieronder beschreven:

Differentiëring van plasmacellen

De B-cellen in het kiemcentrum die differentiëren tot plasmacellen zijn B-cellen die een hoge affiniteit voor het antigeen vertonen.[3][6] Wanneer B-cellen in het kiemcentrum hulp ontvangen van folliculaire helper-T-cellen, vindt er een interactie plaats tussen CD40 (op de B-cel) en CD40L (op de folliculaire helper-T-cel), wat de activering van NF-κB in de B-cel verhoogt. De upregulatie van de NF-κB-signaalroute resulteert in een grotere expressie van IRF4, een transcriptiefactor die essentieel is voor de differentiatie van plasmacellen.[6] De voortgang van de kiemcentrumreactie resulteert in plasmacellen die antilichamen met een hogere affiniteit afscheiden, een langere levensduur hebben en naar het beenmerg worden gestuurd.[5]

Differentiatie van B-geheugencellen

De kiemcentrum B-cellen die differentiëren tot B-geheugencellen verschillen van plasmacelvoorlopers, omdat ze een lagere affiniteit voor het antigeen vertonen[3][6] en niet veel hulp nodig hebben van folliculaire helper-T-cellen. Daarom geloven veel wetenschappers dat B-geheugencelvoorlopers B-cellen uit de lichte zone zijn die "niet positief geselecteerd" zijn. B-geheugencelvoorlopers brengen een transcriptiefactor tot expressie, het Hhex, die de differentiatie van B-geheugencellen uit kiemcentrum B-cellen aanstuurt.[6]

Naar de donkere zone van het kiemcentrum

Alle B-cellen die positief geselecteerd zijn in de lichte zone van het kiemcentrum, maar die niet gedifferentieerd zijn tot plasmacellen of B-geheugencellen, worden naar de donkere zone van het kiemcentrum gestuurd voor verdere proliferatie. Dit zijn de B-cellen met een intermediaire affiniteit voor het antigeen.[3] Het proliferatieprogramma in de donkere zone wordt gereguleerd door FoxO1 en cycline D3. Deze twee genen worden door sterke B-celreceptorsignalen downgereguleerd. Daarom zal de kiemcentrum B-cel, wanneer er zwakke B-celreceptorsignalen zijn en de kiemcentrum B-cel geen hoge affiniteit voor het antigeen heeft, naar de donkere zone van het kiemcentrum worden gestuurd, zodat deze zich verder kan delen in plaats van te worden afgescheiden als plasmacel of B-geheugencel.[6]

Morfologie in verschillende stadia

De morfologie van kiemcentra is zeer specifiek en vertoont eigenschappen die kenmerkend zijn voor verschillende stadia van de reactie.

  • In een vroeg stadium van de reactie is een netwerk bestaande uit folliculaire dendritische cellen volledig gevuld met prolifererende B-cellen.
  • Later, op dag 4 van de reactie, vertonen kiemcentra een scheiding in twee zones: de donkere en de lichte zone.[8] De eerste zone bevat nog steeds voornamelijk prolifererende en muterende B-cellen, terwijl de tweede zone het gebied is waar B-cellen worden geselecteerd.
  • Deze zones lossen op na 10 dagen kiemcentrum-ontwikkeling, die na ongeveer 3 weken is voltooid.

Klinische betekenis

Omdat kiemcentra belangrijke structuren zijn van het verworven immuunsysteem, is hun deregulatie betrokken bij veel immuunziekten, zoals reumatoïde artritis, immuundeficiëntie en veel lymfomen zoals folliculair lymfoom, diffuus grootcellig B-cellymfoom en burkittlymfoom.

Kiemcentra in de evolutie

Hoewel V(D)J-recombinatie bij alle gewervelden voorkomt, verschenen kiemcentra bij warmbloedige dieren. Onder nieuwe evolutionaire omstandigheden, waarbij een verhoogde lichaamstemperatuur bijdroeg aan een verhoogde proliferatie van micro-organismen, verspreiding in weefsels en hun antigene diversificatie[9], bleken deze tijdelijke maar constant aanwezige histologische structuren gunstig te zijn. Hun unieke micro-omgeving kon namelijk de omstandigheden creëren die gunstig waren voor de overgang van een aanvankelijk brede naar een daaropvolgende specifieke immuunrespons. Dit resulteerde in B-cellen die differentieerden tot cellen die antilichamen met een hoge affiniteit produceerden en een langdurig humoraal immuungeheugen in stand hielden.[10]

Onder koudbloedige gewervelden lijken vissen functioneel analoge structuren te hebben, vertegenwoordigd door "clusters van Aicda+ cellen omringd door gepigmenteerde 'melano-macrofagen'".[11]

Zie de categorie Germinal center van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.
Dit artikel is uitgegeven door Wikipedia. De tekst is beschikbaar onder Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0, tenzij anders vermeld. Voor de mediabestanden kunnen aanvullende voorwaarden gelden.