Högskolan i Skövde

B cells are central components of the adaptive immune system. On their surface, they express a B-cell receptor (BCR), a membrane-bound form of an antibody. Upon activation, B cells differentiate into either antibody-secreting plasma cells (PCs) or memory B cells (MBCs), which are integral parts of the immunological memory. Recently, a heterogeneous subset of MBCs lacking the complement receptor CD21 (CD21^–/low) has received much attention due to its accumulation in chronic inflammatory and autoimmune disease, including rheumatoid arthritis (RA), primary Sjögren’s disease (SjD), and systemic lupus erythematosus (SLE). This thesis aimed to investigate CD21^–/low B cells in the context of RA and SjD to determine their functional role in contributing to disease pathogenesis. To this end, we analyzed peripheral blood MBCs from untreated RA (uRA) patients using flow cytometry and 5’ single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) and scV(D)J-seq, and B cells from SjD patients using 5’ scRNA-seq and scV(D)J-seq.

Paper I assessed how BCR and T-cell receptor genes influence 5’ scRNA-seq analysis of B and T cells. Paper II combined flow cytometry and scRNA-seq to analyze CD21^–/low B cells in uRA and investigate their role in RA pathology. Paper III extended our analysis of CD21^–/low B cells to SjD, comparing their transcriptional and functional profiles to those in uRA, and to current literature.

In conclusion, we have established an analytical protocol for 5’ scRNA-seq data to generate biologically meaningful clusters of B and T cells. Using this protocol alongside flow cytometric analyses, cell cultures and statistical modeling, we propose that CD21^–/low MBC subsets play a functional role in RA pathogenesis as antigen-presenting cells, driving Th17 polarization and bone destruction in synovial joints. This contrasts with CD21^–/low B cells in SLE, viwhich are PC precursors. We found that CD21^–/low MBC subsets in SjD exhibit a transcriptional profile mirroring their counterparts in RA, acting as antigenpresenting cells. Our findings challenge the view that these cells universally serve as PC precursors, instead suggesting disease-dependent functions.

B-celler är en typ av immuncell som till stor del bidrar till det adaptiva immunförsvaret. På sin yta uttrycker varje B-cell en unik B-cellsreceptor (BCR). När en B-cell möter främmande partiklar (antigen) från till exempel virus eller bakterier, binder den dessa till sin BCR. B-cellen aktiveras då och kan utvecklas till plasmaceller, som utsöndrar sin BCR i form av antikroppar, eller minnes-B-celler (MBC), som snabbt kan aktiveras om samma antigen påträffas igen. På så vis skapas ett immunologiskt minne som ger ett långvarigt skydd mot samma patogen. B-celler är dock även inblandade i autoimmuna sjukdomar, när immunförsvaret inte kan skilja på egen och främmande vävnad. En speciell typ av MBC ökar i antal vid flera kroniska inflammationer och autoimmuna sjukdomar. Dessa celler saknar immunreceptorn CD21 på sin yta, som vanligtvis uttrycks av de flesta B-cellerna. Vid ledgångsreumatism (reumatoid artrit; RA) och primärt Sjögrens syndrom (primary Sjögren’s disease; SjD) är det dock inte känt hur dessa CD21-låga MBC bidrar till sjukdom.

I denna avhandling har vi analyserat CD21-låga celler i blod från patienter med RA och SjD. Vi har använt oss av flödescytometry och singel-cell RNA- och VDJ-sekvensering, vilket möjliggör analys av proteiner på utsidan av och inuti celler, samt genuttryck i individuella celler.

Vid singel-cell RNA-sekvensering delas celler in i grupper baserat på likheter i deras genuttryck. I Artikel I utvecklade vi därför ett protokoll som förbättrar grupperingen av B- och T-celler så att de bättre speglar biologiskt relevanta populationer. I Artikel II använde vi detta protokoll i kombination med flödescytometri och statistisk modellering för att analysera CD21-låga MBC vid RA. Våra resultat tyder på att CD21-låga MBC bidrar till RA genom att presentera antigen för T-celler, vilket driver utvecklingen av Th17-celler som i sin tur bidrar till nedbrytning av ledvävnad. I Artikel III jämförde vi genuttrycket hos CD21-låga MBC vid RA och SjD, och kunde visa att de i båda sjukdomarna har en antigenpresenterande roll. Detta skiljer sig från tidigare fynd vid sjukdomen systemisk lupus erythematosus, där CD21-låga MBC istället utvecklas till plasmaceller som producerar antikroppar mot kroppens egna vävnader. Våra resultat pekar således på att CD21-låga MBC kan ha olika funktioner vid olika sjukdomar.