Natural IgM secretion in health and disease : genetic control and role in type 1 diabetes

Tese de Doutoramento em Ciências Veterinárias, especialidade de Ciências Biológicas e BiomédicasGermline-encoded autoreactive natural antibodies (NAbs) of the IgM isotype are secreted and circulate as a result of basal immune system stimulation, and constitute an important first line of defense against microorganism invasion, bridging the innate and the adaptive immune responses. NAbs are mostly secreted by positively selected B1a cells, and have been claimed to have a protective role against autoimmunity. Nevertheless, NAbs binding to cell surface self-antigens could have implications in the initiation of autoimmunity. Article I focused on the genetic control of NAbs secretion in healthy mice. Importantly, interferon regulatory factor 4 (Irf4), a transcription factor required for plasma cell differentiation and antibody secretion, was identified as the most probable candidate for the control of homeostatic serum IgM levels in the mouse. Type 1 diabetes (T1D) is a complex autoimmune disease that develops spontaneously in humans and is pathogenically similar in the non-obese-diabetic (NOD) mouse model. B cells are necessary in the NOD diabetogenic process, and the presence of anti-pancreatic beta cell antibodies is the earliest manifestation of T1D. Article II revealed that NOD peritoneal cavity B1a cells are more prone to spontaneously secrete NAbs that recognize pancreatic beta cell autoantigens, which could promote T1D either by enhancing professional antigen presentation of islet antigens, by activating the complement cascade or by directly promoting beta cell damage and self-antigens release. The studies reported in article III have explored these possibilities and have proven that NAbs of NOD B1a cells origin could bind and directly induce oxidative stress on pancreatic beta cells. Moreover, these studies have shown that NOD B1a cells have a lower threshold for innate-like stimulation and have established a link between NOD B1a cells properties, NAbs specificities and impact of IgM binding on beta cells physiology. Finally, article IV provides evidence that early treatment with antibodies that evoke NOD B1a cells proliferation and differentiation into IgM secreting cells correlates with T1D precipitation. In conclusion, this thesis has shown that Irf4 is a critical player in the genetic network that controls IgM secretion in healthy individuals, and that in the NOD mouse model of T1D, a lower threshold for innate like stimulation of peritoneal cavity B1a cells contributes to a naturally increased state of B1a cells activation and autoreactive IgM secretion, determining the initiation and/or contributing to the fueling of beta cells autoimmunity.RESUMO Secreção de IgM natural na saúde e na doença: controlo genético e papel na diabetes tipo 1 - Os autoanticorpos naturais (NAbs) da classe IgM existem no organismo na ausência de imunização e constituem uma primeira linha de defesa fundamental contra infecções. Os NAbs são secretados maioritariamente por células B1a e a sua ligação a autoantigénios na superfície celular pode ter implicações para a iniciação de autoimunidade. O trabalho descrito no artigo I focou-se na compreensão do controlo genético da secreção de NAbs em murganhos saudáveis. Este estudo identificou o interferon regulatory factor 4 (Irf4), um factor de transcrição necessário para a diferenciação de plasmócitos e secreção de anticorpos, como o candidato mais provável para o controlo da homeostasia dos níveis de IgM circulante no murganho. A diabetes tipo 1 (T1D) é uma doença autoimune complexa que se desenvolve espontaneamente nos humanos e que tem uma patogenia semelhante no murganho NOD (non-obese-diabetic). Os linfócitos B são necessários para o processo diabético do NOD, em que a presença de anticorpos anti-células beta pancreáticas é uma das manifestações mais precoces. O artigo II revelou que as células B1a da cavidade peritoneal do NOD têm uma elevada predisposição para secretarem NAbs que reconhecem autoantigénios de células beta pancreáticas e que podem promover o desenvolvimento de T1D quer pelo aumento da apresentação de autoantigénios, quer pela activação da cascata do sistema de complemento, quer pela indução directa de danos nas células beta pancreáticas. A investigação descrita no artigo III provou que os NAbs secretados por células B1a do NOD têm a capacidade de se ligarem e induzirem stress oxidativo nas células beta do pâncreas. Estes estudos revelaram ainda que as células B1a do NOD têm um limiar reduzido para activação inata e estabeleceram uma relação entre as propriedades das células B1a do NOD, as especificidades dos NAbs e o impacto da ligação de IgM na fisiologia das células beta. Finalmente, o artigo IV evidenciou que a indução de proliferação e diferenciação das células B1a em células secretoras de IgM contribui para o início da T1D. Esta tese demonstrou que o Irf4 é um factor de transcrição com um papel fundamental no controlo da secreção de IgM em animais saudáveis e que, no murganho NOD, as células B1a da cavidade peritoneal têm um menor limiar para estimulação inata, que contribui para o seu estado de activação e para a secreção de IgM autoreactiva, determinando a iniciação e/ou contribuindo para a progressão da diabetes tipo 1.Fundação para a Ciência e Tecnologia; Instituto Gulbenkian da Ciênci