Importance of the HSP90 molecular chaperoning pathway for antibody diversification by determining AID stability

La protéine AID (déaminase induite par l’activation) joue un rôle central dans la réponse immunitaire adaptative. En désaminant des désoxycytidines en désoxyuridines au niveau des gènes immunoglobulines, elle initie l’hypermutation somatique (SHM), la conversion génique (iGC) et la commutation isotypique (CSR). Elle est essentielle à une réponse humorale efficace en contribuant à la maturation de l’affinité des anticorps et au changement de classe isotypique. Cependant, son activité mutagénique peut être oncogénique et causer une instabilité génomique propice au développement de cancers et de maladies autoimmunes. Il est donc critique de réguler AID, en particulier ses niveaux protéiques, pour générer une réponse immunitaire efficace tout en minimisant les risques de cancer et d’autoimmunité. Un élément de régulation est le fait qu’AID transite du cytoplasme vers le noyau mais reste majoritairement cytoplasmique à l’équilibre. AID est par ailleurs plus stable dans le cytoplasme que dans le noyau, ce qui contribue à réduire sa présence à proximité de l’ADN. Le but de cette thèse était d’identifier de nouveaux partenaires et déterminants d’AID régulant sa stabilité et ses fonctions biologiques. Dans un premier temps, nous avons identifié AID comme une nouvelle protéine cliente d’HSP90. Nous avons montré qu’HSP90 interagit avec AID dans le cytoplasme, ce qui empêche la poly-ubiquitination d’AID et sa dégradation par le protéasome. En conséquence, l’inhibition d’HSP90 résulte en une diminution significative des niveaux endogènes d’AID et corrèle avec une réduction proportionnelle de ses fonctions biologiques dans la diversification des anticorps mais aussi dans l’introduction de mutations aberrantes. Dans un second temps, nous avons montré que l’étape initiale dans la stabilisation d’AID par la voie de chaperonnage d’HSP90 dépend d’HSP40 et d’HSP70. En particulier, la protéine DnaJa1, qui fait partie de la famille des protéines HSP40s, limite la stabilisation d’AID dans le cytoplasme. La farnésylation de DnaJa1 est importante pour l’interaction entre DnaJa1 et AID et moduler les niveaux de DnaJa1 ou son état de farnésylation impacte à la fois les niveaux endogènes d’AID mais aussi la diversification des anticorps. Les souris DNAJA1-/- présentent une réponse immunitaire compromise en cas d’immunisation, qui est dûe à des niveaux réduits d’AID et un défaut de commutation de classe. Dans un troisième temps, nous avons montré que la protéine AID est intrinsèquement plus instable que sesprotéines paralogues APOBEC. Nous avons identifié l’acide aspartique en seconde position d’AID ainsi qu’un motif semblable au PEST comme des modulateurs de la stabilité d’AID. La modification de ces motifs augmente la stabilité d’AID et résulte en une diversification des anticorps plus efficace. En conclusion, l’instabilité intrinsèque d’AID est un élément de régulation de la diversification des anticorps. Cette instabilité est en partie compensée dans le cytoplasme par l’action protective de la voie de chaperonnage DnaJa1-HSP90. Par ailleurs, l’utilisation d’inhibiteurs d’HSP90 ou de farnésyltransférases pourrait être un outil intéressant pour la modulation indirecte des niveaux d’AID et le traitement de lymphomes/leucémies et de maladies auto-immunes causés par AID.

Human CD19 and CD40L deficiencies impair antibody selection and differentially affect somatic hypermutation.

Individuals with genetic defects in CD40 ligand (CD40L) or B-cell antigen receptor coreceptor molecules CD19 and CD81 suffer from an antibody deficiency. Still, these patients carry low levels of memory B cells and serum antibodies.

Quelle régulation pour l’arrêt d’un protocole de recherche clinique de thérapie génique somatique ? État des lieux auprès des cliniciens-chercheurs européens

Depuis 2002, le débat sur les risques associés à la thérapie génique est initié suite à l’annonce que deux enfants inclus dans un essai thérapeutique impliquant une thérapie génique ont développé des effets indésirables important. En Janvier 2005, le débat sur les risques reprit suite à l’interruption du protocole sur les enfants bulle du Pr Fischer à l’hôpital Necker de Paris. Nous avons donc étudié le processus impliqué ainsi que la réflexion éthique associée aux décisions d’arrêt de protocole de recherche. Notre travail a été mené par une équipe pluridisciplinaire combinant chercheurs en santé, généticiens et éthiciens. Nous avons étudié la participation des chercheurs, des patients, des institutions officielles, des comités d’éthique ainsi que des associations de patients dans le processus de décision d’interruption d’un protocole de recherche.Nous avons également analysé les critères jugés les plus pertinents dans l’arrêt d’un protocole de recherche. Enfin nous avons analysé le point de vue des personnes directement impliquées dans la thérapie génique au moyen d’un questionnaire. Toutes les personnes contactées ont présenté un poster de recherche au congrès de la Société Européenne de Thérapie Génique. 62 personnes d’autant d’équipes de recherche différentes, de 17 pays, sur les 350 contactés ont répondu. Selon eux, la décision d’arrêt d’un protocole de recherche doit être prise suite à une consultation des chercheurs, des patients, du ministère de tutelle, d’une agence nationale de régulation ou d’un comité d’éthique ; la légitimité étant accordée à des décisions prises en commun par les chercheurs, les patients et les comités d’éthique. Les incidents sérieux et de façon plus surprenante, les incidents moins graves sont jugés comme étant des critères suffisants pour interrompre un essai. Nous avons fini par analyser les conséquences éthiques, telles que balance bénéfice/risque, processus de régulation ou responsabilité, de ces critères sur l’arrêt d’un protocole de recherche.

Dérivation de cellules souches pluripotentes induites autologues à partir du clonage somatique équin

Le recours aux cellules souches pour améliorer la réparation et guérison des blessures et maladies musculosquelettiques chez le cheval est de plus en plus fréquent. Les développements récents dans la reprogrammation cellulaire ont permis le développement de nouvelles sources de cellules souches pour ces thérapies régénératives. Des cellules souches pluripotentes induites (iPS) autologues peuvent être dérivées de cellules adultes par la reprogrammation directe à travers l'expression induite des gènes de pluripotence. Le clonage par transfert nucléaire (SCNT) suivi de la dérivation de cellules souches embryonnaires (ES) permet la reprogrammation indirecte des cellules adultes. Cependant, l’efficacité de ces deux méthodes pour la dérivation de cellules pluripotentes génétiquement stables est faible. Nous avons donc combiné les techniques SCNT et iPS dans le but de développer un protocole efficace de dérivation de cellules iPS autologues à partir de fibroblastes de la peau équine. Quatre facteurs de reprogrammation ont été introduits dans les cellules fibroblastes de fœtus clonés (ntFF) ainsi que les cellules ES provenant d’embryons clonés (ntES) pour induire leur reprogrammation en cellules iPS autologues. Les cellules ntFF-iPS et ntES-iPS ont des capacités prolifératives avancées et expriment des marqueurs de pluripotence importants. Par contre, les cellules ntES ont une efficacité de reprogrammation significativement supérieure aux cellules nt-FF et forment des colonies trois fois plus rapidement. Contrairement aux cellules ntES, les cellules ntES-iPS démontrent une augmentation de l’expression des marqueurs de pluripotence et survivent à la culture cellulaire prolongée. Les résultats présentés dans ce mémoire attestent que l’utilisation de la reprogrammation secondaire de cellules FF et ES clonées permet la production de cellules souches pluripotentes autologues stables chez le cheval.

Effects of point mutations in the cytidine deaminase domains of APOBEC3B on replication and hypermutation of hepatitis B virus in vitro

APOBEC3 cytidine deaminases hypermutate hepatitis B virus (HBV) and inhibit its replication in vitro. Whether this inhibition is due to the generation of hypermutations or to an alternative mechanism is controversial. A series of APOBEC3B (A3B) point mutants was analysed in vitro for hypermutational activity on HBV DNA and for inhibitory effects on HBV replication. Point mutations inactivating the carboxy-terminal deaminase domain abolished the hypermutational activity and reduced the inhibitory activity on HBV replication to approximately 40 %. In contrast, the point mutation H66R, inactivating the amino-terminal deaminase domain, did not affect hypermutations, but reduced the inhibition activity to 63 %, whilst the mutant C97S had no effect in either assay. Thus, only the carboxy-terminal deaminase domain of A3B catalyses cytidine deaminations leading to HBV hypermutations, but induction of hypermutations is not sufficient for full inhibition of HBV replication, for which both domains of A3B must be intact.

Altered spectra of hypermutation in antibodies from mice deficient for the DNA mismatch repair protein PMS2

Mutations are introduced into rearranged Ig variable genes at a frequency of 10−2 mutations per base pair by an unknown mechanism. Assuming that DNA repair pathways generate or remove mutations, the frequency and pattern of mutation will be different in variable genes from mice defective in repair. Therefore, hypermutation was studied in mice deficient for either the DNA nucleotide excision repair gene Xpa or the mismatch repair gene Pms2. High levels of mutation were found in variable genes from XPA-deficient and PMS2-deficient mice, indicating that neither nucleotide excision repair nor mismatch repair pathways generate hypermutation. However, variable genes from PMS2-deficient mice had significantly more adjacent base substitutions than genes from wild-type or XPA-deficient mice. By using a biochemical assay, we confirmed that tandem mispairs were repaired by wild-type cells but not by Pms2−/− human or murine cells. The data indicate that tandem substitutions are produced by the hypermutation mechanism and then processed by a PMS2-dependent pathway.

Defect in IgV gene somatic hypermutation in Common Variable Immuno-Deficiency syndrome

Common Variable Immuno-Deficiency (CVID) is the most common symptomatic primary antibody-deficiency syndrome, but the basic immunologic defects underlying this syndrome are not well defined. We report here that among eight patients studied (six CVID and two hypogammaglobulinemic patients with recurrent infections), there is in two CVID patients a dramatic reduction in Ig V gene somatic hypermutation with 40–75% of IgG transcripts totally devoid of mutations in the circulating memory B cell compartment. Functional assays of the T cell compartment point to an intrinsic B cell defect in the process of antibody affinity maturation in these two cases.

Somatic hypermutation of the new antigen receptor gene (NAR) in the nurse shark does not generate the repertoire: Possible role in antigen-driven reactions in the absence of germinal centers

The new antigen receptor (NAR) gene in the nurse shark diversifies extensively by somatic hypermutation. It is not known, however, whether NAR somatic hypermutation generates the primary repertoire (like in the sheep) or rather is used in antigen-driven immune responses. To address this issue, the sequences of NAR transmembrane (Tm) and secretory (Sec) forms, presumed to represent the primary and secondary repertoires, respectively, were examined from the peripheral blood lymphocytes of three adult nurse sharks. More than 40% of the Sec clones but fewer than 11% of Tm clones contained five mutations or more. Furthermore, more than 75% of the Tm clones had few or no mutations. Mutations in the Sec clones occurred mostly in the complementarity-determining regions (CDR) with a significant bias toward replacement substitutions in CDR1; in Tm clones there was no significant bias toward replacements and only a low level of targeting to the CDRs. Unlike the Tm clones where the replacement mutational pattern was similar to that seen for synonymous changes, Sec replacements displayed a distinct pattern of mutations. The types of mutations in NAR were similar to those found in mouse Ig genes rather than to the unusual pattern reported for shark and Xenopus Ig. Finally, an oligoclonal family of Sec clones revealed a striking trend toward acquisition of glutamic/aspartic acid, suggesting some degree of selection. These data strongly suggest that hypermutation of NAR does not generate the repertoire, but instead is involved in antigen-driven immune responses.

Sequence dependent hypermutation of the immunoglobulin heavy chain in cultured B cells

The variable (V) regions of immunoglobulin heavy and light chains undergo high rates of somatic mutation during the immune response. Although point mutations accumulate throughout the V regions and their immediate flanking sequences, analysis of large numbers of mutations that have arisen in vivo reveal that the triplet AGC appears to be most susceptible to mutation. We have stably transfected B cell lines with γ2a heavy chain constructs containing TAG nonsense codons in their V regions that are part of either a putative (T)AGC hot spot or a (T)AGA non-hot spot motif. Using an ELISA spot assay to detect revertants and fluctuation analysis to determine rates of mutation, the rate of reversion of the TAG nonsense codon has been determined for different motifs in different parts of the V region. In the NSO plasma cell line, the (T)AGC hot spot motif mutates at rates of ≈6 × 10−4/bp per generation and ≈3 × 10−5/bp per generation at residues 38 and 94 in the V region. At each of these locations, the (T)AGC hot spot motif is 20–30 times more likely to undergo mutation than the (T)AGA non-hot spot motif. Moreover, the AGA non-hot spot motif mutates at as high a rate as the hot spot motif when it is located adjacent to hot spot motifs, suggesting that more extended sequences influence susceptibility to mutation.

Expression of error-prone polymerases in BL2 cells activated for Ig somatic hypermutation

High affinity antibodies are generated in mice and humans by means of somatic hypermutation (SHM) of variable (V) regions of Ig genes. Mutations with rates of 10−5–10−3 per base pair per generation, about 106-fold above normal, are targeted primarily at V-region hot spots by unknown mechanisms. We have measured mRNA expression of DNA polymerases ι, η, and ζ by using cultured Burkitt's lymphoma (BL)2 cells. These cells exhibit 5–10-fold increases in heavy-chain V-region mutations targeted only predominantly to RGYW (R = A or G, Y = C or T, W = T or A) hot spots if costimulated with T cells and IgM crosslinking, the presumed in vivo requirements for SHM. An ∼4-fold increase pol ι mRNA occurs within 12 h when cocultured with T cells and surface IgM crosslinking. Induction of pols η and ζ occur with T cells, IgM crosslinking, or both stimuli. The fidelity of pol ι was measured at RGYW hot- and non-hot-spot sequences situated at nicks, gaps, and double-strand breaks. Pol ι formed T⋅G mispairs at a frequency of 10−2, consistent with SHM-generated C to T transitions, with a 3-fold increased error rate in hot- vs. non-hot-spot sequences for the single-nucleotide overhang. The T cell and IgM crosslinking-dependent induction of pol ι at 12 h may indicate an SHM “triggering” event has occurred. However, pols ι, η, and ζ are present under all conditions, suggesting that their presence is not sufficient to generate mutations because both T cell and IgM stimuli are required for SHM induction.

Frequent somatic hypermutation of the 5' noncoding region of the BCL6 gene in B-cell lymphoma.

The BCL6 gene encodes a zinc-finger transcription factor and is altered by chromosomal arrangements in its 5' noncoding region in approximately 30% of diffuse large-cell lymphoma (DLCL). We report here that, in 22/30 (73%) DLCL and 7/15 (47%) follicular lymphoma (FL), but not in other tumor types, the BCL6 gene is also altered by multiple (1.4 x 10(-3) -1.6 x 10(-2) per bp), often biallelic, mutations clustering in its 5' noncoding region. These mutations are of somatic origin and are found in cases displaying either normal or rearranged BLC6 alleles indicating their independence from chromosomal rearrangements and linkage to immunoglobulin genes. These alterations identify a mechanism of genetic instability in malignant B cells and may have been selected during lymphomagenesis for their role in altering BCL6 expression.

Immunoglobulin variable region hypermutation in hybrids derived from a pre-B- and a myeloma cell line.

Somatic mutation of the variable (V) regions of immunoglobulin genes occurs in vivo at rates that have been estimated to be between 10(-3) and 10(-4) per bp per generation. To study this process in vitro, the 18.81 pre-B-cell line and hybrids derived by fusing 18.81 to the NSO myeloma fusion partner were transfected with a mu heavy-chain construct containing a nonsense mutation in the V region (Vn) or the constant region (Cn). Mutation was quantitated by reversion analysis using the ELISA spot assay to detect single cells secreting IgM. Fluctuation analysis revealed that V-region mutations spontaneously occurred in 18.81 cells at an average rate of 5.8 x 10(-6) per bp per cell generation and in selected 18.81-NSO hybrids at greatly increased rates of 1.6 x 10(-3) to 5.8 x 10(-4) per bp per generation. The Vn construct also reverted frequently in transgenic mice, indicating that it contained sufficient information to mutate at high rates both in vivo and in vitro. Sequence analysis of reverted genes revealed that reversion was due to point mutations. Since the rates and nature of the mutations that are occurring in these transfected genes are similar to those reported in vivo, it should be possible to use this system to identify the cis-acting sequences and trans-acting factors that are responsible for V-region somatic hypermutation.

Improved clonality assessment in germinal centre/post-germinal centre non-Hodgkin's lymphomas with high rates of somatic hypermutation.

BACKGROUND: PCR detects clonal rearrangements of the Ig gene in lymphoproliferative disorders. False negativity occurs in germinal centre/post-germinal centre lymphomas (GC/PGCLs) as they display a high rate of somatic hypermutation (SHM), which causes primer mismatching when detecting Ig rearrangements by PCR. AIMS: To investigate the degree of SHM in a group of GC/PGCLs and assess the rate of false negativity when using BIOMED-2 PCR when compared with previously published strategies. METHODS: DNA was isolated from snap-frozen tissue from 49 patients with GC/PGCL (23 diffuse large B cell lymphomas (DLBCLs), 26 follicular lymphomas (FLs)) and PCR-amplified for complete (VDJH), incomplete (DJH) and Ig kappa/lambda rearrangements using the BIOMED-2 protocols, and compared with previously published methods using consensus primers. Germinal centre phenotype was defined by immunohistochemistry based on CD10, Bcl-6 and MUM-1. RESULTS: Clonality detection by amplifying Ig rearrangements using BIOMED-2 family-specific primers was considerably higher than that found using consensus primers (74% DLBCL and 96% FL vs 69% DLBCL and 73% FL). Addition of BIOMED-2 DJH rearrangements increased detection of clonality by 22% in DLBCL. SHM was present in VDJH rearrangements from all patients with DLBCL (median (range) 5.7% (2.5-13.5)) and FL (median (range) 5.3% (2.3-11.9)) with a clonal rearrangement. CONCLUSIONS: Use of BIOMED-2 primers has significantly reduced the false negative rate associated with GC/PGCL when compared with consensus primers, and the inclusion of DJH rearrangements represents a potential complementary target for clonality assessment, as SHM is thought not to occur in these types of rearrangements.