B lymphocyte 또는 B cell은 태아 간 및 출생 후 골수에서 성숙을 시작하는 adaptive immune cell의 subset입니다. B cell은 antibody 생산을 통해 체액성 면역을 지원하는 능력으로 알려져 있지만 phagocytosis 및 antigen presentation 과 같은 다른 주요 기능을 수행합니다. B cell 계통에 투입된 cell은 CD19를 발현하고 다른 marker는 성숙 및 분화 과정에서 진화합니다.1 B cell는 면역 체계에서 중요한 역할을 하기 때문에 활발하게 연구되는 영역입니다. B cell 발달 또는 기능의 섭동은 여러 질병 상태와 관련이 있습니다. B cell 기능 및 기능 장애의 기초를 이해하는 것은 새로운 백신 및 치료법 개발에 특히 중요합니다. Intracellular 및 surface marker에서 secreted protein 및 기능 분석에 이르기까지 BD Biosciences는 건강과 질병에서 B cell 생물학을 연구하기 위한 최신 시약과 방법을 제공합니다.
B cell는 어떻게 발달합니까?
B cell은 antigen에 노출되기 전과 후에 여러 발달 단계를 거칩니다. 성숙하고 차별화됨에 따라 기능적으로 구별되는 여러 subset이 생성됩니다. 세포 표면 및 세포 내 marker의 차별적 발현과 이들의 뚜렷한 immunoglobulin 및 cytokines 분비 프로파일은 다양한 B cell subset의 다양한 특성과 기능에 대한 귀중한 단서를 제공합니다. 예를 들어, syndecan-1 (CD138)의 발현은 순환하는 형질 아세포 및 형질 세포, "전문" 항체 분비 B cell를 다른 발달 및 기능 subset와 구별합니다. 발달 과정을 성공적으로 완료하지 못하면 성숙한 B cell에서 apoptosis 가 유도됩니다. B cell 연구를 위한 multicolor 유세포 분석의 사용을 지원하기 위해 BD는 B cell phenotyping을 위한 다양한 시약 포트폴리오를 제공합니다. Panel 설계를 최대한 유연하게 할 수 있도록 여러 형식으로 제공됩니다. BD는 새로운 marker가 등장함에 따라 계속해서 새로운 특성을 추가합니다. 아래 그림은 주요 발달 및 분화 단계 및 마우스 및 인간의 각 B cell subset과 관련된 주요 marker 중 일부를 요약한 내용입니다.
Conventional B cell 성숙
B cell는 골수에 위치한 hematopoietic stem cell (HSC)에서 유래하여 발달의 첫 단계를 거칩니다. 아직 미성숙한 B cell은 secondary lymphoid tissue으로 이동하여 대부분이 성숙한 follicular B cell로 계속 발전합니다. 막 결합 (m) 형태의 IgM 및 IgD로 구성된 성숙한 B cell의 B cell receptor (BCR) complex 가 동족 외래 항원에 결합하면 cell이 활성화되고 antibody를 분비하는 plasma cell 로 분화됩니다.2
서로 다른 기능을 가진 B cell subset
B cell은 기존 B cell의 다른 분화 경로를 따르며, 결과적으로 뚜렷한 기능과 marker 발현 패턴을 가진 subset이 생성됩니다. 예를 들어 marginal-zone (MZ) B cell는 innate like 세포로 기능합니다. 기존의 B cell와는 달리 BCR을 우회하여 Toll-like receptor (TLR)-ligation 을 통해 활성화 될 수 있습니다. 그들은 또한 CD1d와 CD21을 표현하는 경향이 있지만 CD23은 표현하지 않습니다. 조절 기능을 가진 B cell 하위 집합이 확인되었으며 IL-10 또는 TGF-β-1.3을 분비하는 능력으로 구별됩니다.3
B cell 성숙 분석
마우스 및 인간 marker에 대한 포괄적인 항체 선택을 통해 BD는 모든 발달 단계에서 B cell 연구를 위한 다양한 phenotyping panel을 지원할 수 있습니다. B cell 분석을 위한 차등 marker 발현의 사용을 설명하기 위해, 7 개의 cell surface marker를 사용하여 mouse 골수에서 B cell subset를 분석하여 조직에서 7 개의 다른 발달 단계를 구별할 수 있습니다. Pre-pro-B, Pro-B 및 Pre-B cell는 BP1 및 CD24의 차별적 발현을 기반으로 낮은 양성 CD45R / B220 집단 내에서 구별될 수 있습니다. 미성숙, 과도기 및 초기 및 후기 성숙 B cell은 IgM 및 IgD의 차별적 발현을 기반으로 분리될 수 있습니다. IL-7 receptor, CD127의 발현은 서로 다른 subset에서 분석되었고 B cell가 성숙함에 따라 감소하는 것으로 나타났습니다.
참고문헌
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- Yam-Puc JC, Zhang L, Zhang Y, Toellner KM. Role of B-cell receptors for B-cell development and antigen-induced differentiation. F1000Res. 2018;7:429. doi:10.12688/f1000research.13567.1
- Matsushita T. Regulatory and effector B cells: Friends or foes? J Dermatol Sci. 2019;93(1):2-7. doi:10.1016/j.jdermsci.2018.11.008
B cell의 유형
Plasma cells
B cell는 외부 개체 또는 감염된 cell을 중화시키는데 필수적인 antibody를 생산하는 능력으로 잘 알려져 있습니다. plasmablast 및 plasmablasts and plasma cell를 포함하는 antibody secreting cells (ASC)는 CD20 B cell marker가 부족하며 인간에서는 CD27, CD38 및 CD138의 조합을 발현합니다. Plasmablast는 적응 면역 반응 중에 조기에 작용하고 친화성이 낮은 면역 글로불린을 생성하며 수명이 짧습니다. Plasma cell은 더 분화되어 수명이 다른 subset으로 구성됩니다. 수명이 짧은 plasma cell은 수명과 antibody 분비 속도가 Plasmablast와 유사하며 Plasmablast는 모든 immunoglobulin (Ig) isotypes를 발현하지만 형질 세포는 IgM 및 IgG를 선호합니다. 수명이 긴 plasma cell은 immunoglobulin (Ig) isotypes IgG> IgA> IgM 인 가장 긴 수명과 antibody 분비율을 나타냅니다.4
Effector B cell
Effector B cell 또는 B-eff는 antigen presentation 을 통해 면역 반응에 대한 지지 역할을 하며 일련의 cytokine(예: IL-2, IL-6, GM-CSF, IL-12, IL-17, IFN-γ, TNF-α)는 대식세포의 활성화 (예: interferon-gamma), T 세포 분화(Th17의 경우 IL-6) 및 antibody 생산을 위한 plasma cell 분화를 유도합니다.3 전신 홍반성루푸스(SLE) 및 다발성경화증(MS)과 같은 자가면역질환에서 autoantibody 생산을 위해 effectors B cell는 또한 plasma cell 분화를 지원함으로써 조절되지 않는 면역 반응에 기여합니다. MS에서 CD138 + B cell는 cerebrospinal fluid (CSF, 뇌척수액)에 축적되고 염증성 cytokine 분비 및 resident microglia 활성화를 통해 CNS의 만성염증을 유지하는 데 기여하는 것으로 나타났습니다.3
Regulatory B cell
B cell는 immune cell의 기능을 조절하기 위해 cytokine을 분비하기 때문에 기능을 조절하는 immune counterpart로부터 환경 신호를 받습니다. 자가 면역에서 effectors B cell와 regulatory B cell (B-reg) 사이의 균형은 대식세포와 수지상 세포 유래 BAFF에 의해 유도될 수 있습니다. SLE에서 과도한 BAFF는 B-reg를 생성하는 IL-10 activation를 억제하면서 plasma cell에 의한 autoantibody 생산을 촉진합니다. 이러한 IL-10 분비 조절 B cell의 대부분은 CD9 (88 %) 및 종양 괴사 인자 수용체 2 (TNFR2) 발현으로 확인할 수 있습니다. 2,4
참고문헌
- Tellier J, Nutt SL. Plasma cells: The programming of an antibody-secreting machine. Eur J Immunol. 2019;49(1):30-37. doi:10.1002/eji.201847517
- Matsushita T. Regulatory and effector B cells: Friends or foes? J Dermatol Sci. 2019;93(1):2-7. doi:10.1016/j.jdermsci.2018.11.008
- Knier B, Hiltensperger M, Sie C, et al. Myeloid-derived suppressor cells control B cell accumulation in the central nervous system during autoimmunity. Nat Immunol. 2018;19(12):1341-1351. doi:10.1038/s41590-018-0237-5
- Fillatreau S. Regulatory functions of B cells and regulatory plasma cells. Biomed J. 2019;42(4):233-242. doi:10.1016/j.bj.2019.05.008
B cell 기능 평가를 위한 assays
Antibody 생산
B cell에서 분비되는 immunoglobulin과 cytokine의 유형과 양을 측정하면 면역 반응의 질과 양(질병 상태에서도 자주 변경되는 기능)에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
다중 측정을 허용하는 방법은 immunoglobulin (Igs) 및 cytokine을 측정하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 다중 분석의 이점 외에도 기존에 사용되는 기법에 비해 몇 가지 고유한 이점이 있습니다.
BD® Cytometric Bead Array: multiplexed 정량분석
BD® Cytometric Bead Array (CBA) 는 동일한 샘플에서 여러 sample을 동시에 정량화 할 수 있는 bead-based immunoassay입니다. BD® CBA Human Immunoglobulin Flex Set 시스템은 여러 Ig subclas multiplexed 정량분석을 위한 빌딩 블록 역할을 하는 시약을 제공하며 이러한 시약은 바로 사용 가능합니다. 특정 면역 반응에서 antibody의 양과 유형이 크게 다를 수 있기 때문에 이러한 parameter를 측정하면 면역화 또는 예방 접종 후 반응에 대한 통찰력을 제공하거나 immunoglobulin 결핍 장애를 평가하는 지표로 사용할 수 있습니다. 예를 들어 BD® CBA assays는 염증 상태에서 B cell에서 분비되는 Igs와 cytokine을 분석하는 데 사용되었습니다.7
Cytokine 생산
B cell는 활성화 상태에 따라 다양한 cytokine을 분비합니다.
| Cell Type | Cytokines Secreted |
|---|---|
| B effector 1 (Be-1) | IFN-γ, IL-12, TNF |
| B effector 2 (Be-2) | IL-2, IL-4, IL-6. TNF |
| Regulatory B | IL-10, TGF-β1 |
Cytokine에 대한 BD® CBA 분석
Cytokine용 BD® CBA Flex set는 쉽고 효율적인 multiplexing을 위해 설계된 bead-based reagent로 다양하게 구성 가능한 메뉴를 제공합니다. 특이성은 광범위한 인간 및 마우스 cytokine을 포함합니다. BD® CBA standard와 NIBSC/WHO international standard을 사용한 결과 비교 데이터는 다양한 실험실 또는 방법에 의해 결정된 cytokine 농도값의 비교를 용이하게 하는 지침으로 사용할 수 있습니다. 어떤 cytokine이 분비되는지 측정하면 B effector-1 또는 -2와 같은 sample에서 다른 기능성 B cell subset의 활성에 대한 정보를 제공하거나 IL- 10. BD® CBA Flex Se는 만성 바이러스 감염 개체(예: HIV 및 Plasmodium falciparum)에서 exhausted tissue 와 같은 B- memory cell을 조작한 후 여러 B cell 관련 cytokine 및 chemokine 분비를 정량화하는 데 사용되었습니다. 8, 9
세포 내 신호 전달
B cell의 발달, 활성화 및 분화는 전사 인자, phosphor-signaling protein 및 cytokine을 포함한 세포 내 분자의 수많은 변화를 동반합니다. BD는 B cell 생물학을 조절하는 상호 연결된 경로를 해독하는 연구원들을 지원하기 위해 이러한 intracellular molecule의 분석을 고유하게 지원하는 솔루션을 제공합니다. Multicolor 유세포 분석은 intracellular molecule 분석을 위한 강력한 기술입니다. 특정 cell subset에 대한 marker를 사용한 동시 분석은 B cell의 구별된 집단의 분화 및 활성화 상태에 대한 정보를 나타낼 수 있습니다. cell surface staining 기술은 상대적으로 표준이지만 세포 내 marker에 대한 최적의 staining은 target protein 의 생물학에 따라 달라지는 경우도 있습니다.
유세포 분석을 통해 이러한 specific intracellular molecule의 측정을 용이하게 하기 위해 BD는 monoclonal antibodies, special buffer system 및 kit를 개발했습니다. 유세포 분석은 western blotting 같이 일반적으로 사용되는 방법에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 혈액과 같은 이질적인 샘플에서 여러 parameter를 동시에 측정할 수 있습니다. 이를 통해 귀중한 sample을 보존하고 cell level에서 상세한 결과를 제공합니다.
Mouse lymph node cell을 anti-CD45R / B220, CD4, IgD 및 CD95로 staining하고 BD Pharmingen ™ Transcription Factor Buffer Set를 사용하여 고정 및 투과화하고 anti-Bcl-6 Alexa Fluor ™ 488로 staining했습니다. BD® LSR II 시스템을 이용하여 유세포 분석을 수행했습니다. Bcl-6 expression은 germinal center B cell에서 관찰되었습니다.
Transcription factor 측정
BD Pharmingen ™ Transcription Factor Buffer는 대부분의 cell surface protein을 측정할 수 있을 만큼 충분히 부드러우면서도 intranuclear epitope의 노출을 허용할 만큼 충분히 세포를 투과시킵니다. 여러 다른 transcription factor의 향상된 측정을 위해 단독으로 또는 cell surface marker 및 cytokine과 함께 사용할 수 있습니다.
BD Biosciences는 고유한 특이성을 포함하여 여러 B cell 관련 flow-validated transcription factor antibody를 제공합니다. Oct-2 및 Pax-5와 같은 일부 antibody는 여포 또는 배아 중심 (GC) 단계를 통해 표현됩니다. Bcl-6은 증식하는 GC B cell를 특성화하는 반면 Blimp-1 및 XPB-1과 같은 다른 cell는 plasma cell에 일반적입니다.
Phosphoprotein 측정
BD Phosflow ™ antibldy는 유세포 분석을 위해 검증된 monoclonal phosphoepitope–specific antibodies 입니다. 대부분의 BD Phosflow ™ Antibody에 권장되는 투과 buffer는 BD Phosflow ™ Perm Buffer III이지만 특정 실험 요구를 충족하기 위해 다른 투과 buffer도 사용할 수 있습니다.
Phospho-Akt, phospho-Btk, phospho-Syk, phospho-BLNK, phospho-CD20 / BL-CAM, phospho-Akt, phospho-Btk, phospho-Syk, phospho-CD20 / BL-CAM, phospho- IKKγ, phospho-NFκB 및 phospho-mTOR를 포함하여 B cell 발달 및 활성화와 관련된 신호 전달 경로의 분석을 위해 BD Phosflow ™ 항체 특이성을 사용할 수 있습니다.
Cytokine 측정
Protein transport inhibitor를 사용하여 분비를 차단함으로써 연구자들은 이들이 생산되는 세포에서 cytokine을 검출할 수 있습니다. 이것은 활성화된 cell population에 의한 cytokine생산이 다량의 cytokine을 생산하는 소수의 cell 또는 cell 당 소량의 cytokine을 생산하는 많은 cell population의 결과인지 쉽게 결정할 수 있도록 합니다.
Intracellular cytokine 염색을 위한 BD 키트, 버퍼 시스템 및 프로토콜에는 대부분의 cytokine및 cell surface marker를 염색하는데 적합한 BD Cytofix/ Cytoperm™ Fixation/Permeabilization Solution 이 포함됩니다. B-reg를 구별하는 데 자주 사용되는 cytokine과 B effector -1 (Be-1) 및 B effector -2 (Be-2) cell에 의해 분비되는 것을 포함하는 다양한 직접 접합체를 사용할 수 있습니다.
참고문헌
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- Kardava L, Moir S, Wang W, et al. Attenuation of HIV-associated human B cell exhaustion by siRNA downregulation of inhibitory receptors. J Clin Invest. 2011;121(7):2614-2624. doi:10.1172/JCI45685
- Ambegaonkar AA, Kwak K, Sohn H, Manzella-Lapeira J, Brzostowski J, Pierce SK. Expression of inhibitory receptors by B cells in chronic human infectious diseases restricts responses to membrane-associated antigens. Sci Adv. 2020;6(30):eaba6493. doi:10.1126/sciadv.aba6493
B cell immunophenotyping 도구
Multicolor immunophenotyping 접근법은 본질적으로 대부분의 sample에 존재하는 기본 subset을 정의하기 위해, 예를 들어 T cell보다 더 많은 marker를 사용해야하기 때문에 B cell 연구에 적합합니다.
Backbone marker
다양한 B cell 연구는 주요 B cell subset을 정의하는 cell surface marker를 사용하며, panel에서 보다 자세한 분석을 수행하기 위해 '백본' 또는 핵심을 형성합니다. B cell panel의 핵심 marker는 B cell 계통에 속하는 거의 모든 cell에서 발현되는 계통 marker CD19입니다. Mouse에서는 CD45R / B220이 전통적으로 사용됩니다. 대부분의 panel에는 BCR isotype 은 B cell의 분화 단계에 대한 정보를 제공하기 때문에 표면 발현 IgD 및 IgM도 포함됩니다. panel 설계 유연성을 위해 BD는 이러한 모든 marker를 다양한 형식으로 제공합니다.
Multicolor flow
두 개의 laser에서 5 개의 marker panel을 측정할 때 일반적으로 사용되는 형광색이 다른 형광 채널로 spillover되어 compensation이 필요합니다. 4 개 또는 5 개의 레이저가 있는 기기에 접근할 수 있는 연구자는 이 기능을 활용하여 설정을 단순화하고 보상 필요성을 최소화할 수 있습니다.
Multicolor flow를 위한 기기 설정
4 가지 이상의 color의 antibody panel을 사용하는 multicolor 실험을 위한 기기 설정은 시간이 많이 소요될 수 있습니다. 5-laser 장비에 355nm UV laser가 장착되는 경우가 있으며, 일반적으로 side population분석, indo-1을 사용한 칼슘 측정 또는 생존율 염색에 사용됩니다.
사용자가 phenotyping 실험을 위해 이 장비를 최대한 활용할 수 있도록 BD는 새로운 UV-excited polymer-based dye 인 BD Horizon Brilliant ™ Ultraviolet 395 (BUV395)를 개발했습니다.
BUV395에 접합된 antibody를 각 형광 색소가 다른 레이저에 의해 excite되는 panel에 통합하면 그들 사이에 유출이 최소화되거나 전혀 발생하지 않습니다. 이것은 naïve cell과 memory B-cell을 구별하는 5 color panel의 예를 통해 설명됩니다. 이 panel을 사용하면 설정을 최소화할 수 있고, 사실상compensation 과정이 필요하지 않습니다.
표시된 예에서 9 개의 cell surface marker를 사용하여 mouse spleen의 B cell subset을 분석했습니다. 이를 통해 조직에 존재하는 다양한 발달 단계를 구별할 수 있었습니다. IgM, IgD, CD21 및 CD23의 expression을 기반으로 follicular B I 및 II 및 marginal cell subset (marginal zone 및 marginal zone progenitor)을 확인했습니다. 다양한 수준의 IgM 및 CD23 expression은 과도기 subset (T1, T2 및 T3)의 단계를 구별하는 데 도움이 되었습니다. 상이한 subset에서 Pax-5의 발현을 측정 한 결과, follicular 및 marginal zone B cell에서 상이한 Pax-5 expression이 밝혀졌습니다.
측정값을 결합하여 결과 극대화
Buffer system 및 methodology의 발전으로 이제 surface 및 intracellular marker를 동시에 측정하는 것이 더 수월해지고 연구원들이 풍부한 정보를 바탕으로 통합 측정을 하는데 도움이 됩니다. 예를 들어, 분화 B cell의 heterogeneous sample에서 여러 cell 유형을 cell surface와 cell 내 marker의 조합을 사용하여 모니터링하여 각 sample에서 보다 관련성 높은 데이터를 효율적으로 얻을 수 있습니다. 새로운 BD Horizon ™ dye를 포함하여 다양한 접합체에서 B cell 표면 marker 및 특정 transcription factor에 대한 항체의 가용성은 multicolor 실험을 설계할 때 유연성을 높입니다.
Basic panel
분석중인 sample 유형에 따라 다른 marker를 선택하여 관심있는 특정 B cell subset을 정의할 수 있습니다. 아래 예는 CD19, CD20, IgD, CD27, CD38 및 CD24를 사용하여 human peripheral blood 을 분석한 것입니다. 이 6-color panel을 사용하면 과도기 B cell (CD24high, CD38high)을ㄴ 식별하고, naive cell와 memory cell (naive cell은 CD27–IgD +, memory cell CD27 + IgD–)를 구별하고, plasmablast (CD38 +)를 식별할 수 있습니다.10
Deeper phenotyping
일부 subset의 phenotype 은 다른 subsets과 매우 유사하기 때문에 종종 더 광범위한 phenotype panel이 필요합니다. 예를 들어 panel은 골수 B cell에 존재하는 많은 B cell 발달 단계를 구별할 수 있습니다. marker를 추가하면 memory cell 또는 다양한 유형의 plasma cell을 정의하는 등보다 세밀한 분석을 제공할 수도 있습니다. 다른 분자는 cell이 체내에 집으로 들어가고 국소화 될 수 있는 잠재력에 대한 통찰력을 제공합니다(chemokine 수용체, CD62L). 활성화 marker (CD69, CD25, CD80, CD86)를 추가하면 활성화 된 subsets을 알려주고 개인의 면역 반응에 대한 중요한 단서를 제공 할 수 있습니다.
panel구축 도구
Antigen Density. panel에 marker를 추가할 때 연구자는 antigen-fluor 선택을 최적화하기 위해 antigen-density 정보를 활용할 수 있습니다. 일반적으로 antigen-density 가 낮은 marker에는 밝은 형광색을 선택하고 고도로 발현된 marker에는 덜 밝은 형광색을 선택하는 것이 좋습니다. 연구자들을 지원하기 위해 BD는 말초 혈액 세포에 있는 여러 marker의 항원 밀도에 대한 정보를 생성하고 있습니다. 희미한 marker를 위한 Bright Conjugates. 특정 B cell population은 매우 드물거나 희미하게 표현된 antigen에 의해 정의되므로 염색 실험에서 좋은 데이터를 얻는데 충분한 해상도를 달성하는 것이 중요합니다. 특히 이러한 희귀하거나 희미한 개체군의 경우 매우 밝은 형광색을 사용하면 해상도가 향상됩니다. BV421, BV510 및 BV605와 같은 매우 밝은 BD Horizon Brilliant Violet ™ (BV) 염료에 접합된 여러 B cell marker antidoby를 사용할 수 있습니다.
추가 subset 정의를 위한 확장 panel
표시된 10 -color 분석 실험에 사용되는 panel을 설계할 때 antigen density 에 대한 정보는 형광 색소 분포를 최적화하는 데 도움이 되었습니다. 저밀도 항원 CD138에 대해 밝은 형광 색소를 선택하고 다양한 수준의 IgD 및 CD38을 발현하는 population의 분리를 허용하고, CD27 및 IgM의 최적 측정을 위헤 매우 밝은 BV dye를 사용했습니다. 이 panel을 사용한 분석은 Ig subclass 발현에 대한 추가 정보를 제공하여 IgG + 및 IgG– 클래스 후 전환 memory cell (IgM–IgD–CD38–CD27 +/dim)을 식별하고 형질 세포 (IgM–IgD)를 명확하게 식별할 수 있습니다. –CD20–CD38 ++).
참고문헌
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- Knier B, Hiltensperger M, Sie C, et al. Myeloid-derived suppressor cells control B cell accumulation in the central nervous system during autoimmunity. Nat Immunol. 2018;19(12):1341-1351. doi:10.1038/s41590-018-0237-5
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