Open Access

Christian Wilmes

• IL-38 is the latest discovered cytokine of the IL-1 family and has been added to the IL-36 subfamily. Since its discovery in 2001, increasing evidence suggests predominantly anti-inflammatory properties of IL-38, which are most likely exerted through three potential receptors, the IL-1 Receptor 1 (IL-1R1), IL-36 Receptor (IL-36R) and the IL-1 Receptor Accessory Protein Like 1 (IL-1RAPL1). However, to this date detailed knowledge of IL-38 functioning remains to be examined. Importantly, how IL-38 is processed, secreted from cells and the exact mechanisms of target receptor binding and intracellular signaling are not fully understood. Further, IL-38 has been associated with regulatory functions in autoimmune diseases like systemic lupus erythematosus (SLE) and psoriasis. At the same time however, connections between B cells as indispensable part of immunity and IL-38 remain rare. In this study we examined the influence of IL-38 in peripheral human blood B cells differentiating into antibody secreting cells using a three-step in vitro differentiation process. We first show that all potential IL-38 binding receptors are present on peripheral blood B cells on a gene expression level and remain detectable throughout B cell differentiation. Next, while B cells treated with exogenous IL-38 depict no differences in early B cell activation markers, the process of B cell differentiation revealed significant alterations in B cell phenotype created by IL-38 treatment. Predominantly on day 7 of the differentiation process, IL-38 treated B cells showed significantly reduced CD38 expression which depicts an important step in development towards plasma cells. We hypothesize that IL-38 acts antagonistically on the IL-1R1 pathway reducing Nuclear factor kappa B (NFκB) expression and consequently decreasing CD38 expression. Further IL-38 reduced early antibody production while increasing IgM secretion at the end stages of differentiation. Next, we repeated the differentiation assays under the influence of additional IL-21 stimulation to further enhance plasma cell development. In these experiments, the impact of IL-38 on B cell differentiation and immunoglobulin production were reduced, indicating a comparatively moderate relevance of IL-38 for B cell differentiation. We then examined how proliferation and cell death were impacted by exogenous IL-38 during B cell differentiation. IL-38 treatment alone significantly reduced B cell survival which was further augmented by IL-21 stimulation. We conclude that IL-38 and IL-21 act synergistically in promoting B cell apoptosis, also depicting an anti-inflammatory property of IL-38. Finally, using a siRNA we successfully performed an IL-38 knockdown experiment of human blood B cells reducing IL-38 expression to 44% measured on day 4 of B cell differentiation. In these experiments we observed reversed tendencies of CD38 expression compared to exogenous IL-38 treatment. Here, IL-38 knockdown cells showed increased CD38 expression indicating endogenous regulatory properties of IL-38 in B cell differentiation. Our project, for the first time proves direct effects of IL-38 on human B cells. The results support previous research of IL-38 to act anti-inflammatory as it seems to modulate B cell differentiation, survival, and immunoglobulin production in a down-regulatory manner. These findings pave way for more detailed research on the connection between B cell homoeostasis and IL-38 function.
• IL-38 ist das zuletzt entdeckte Zytokin der IL-1 Familie und wurde der Subgruppe der IL-36 Zytokine zugeordnet. Seit der Entdeckung von IL-38 im Jahr 2001 ergeben sich zunehmend Hinweise einer vorwiegend anti-inflammatorischen Wirkung des Zytokins, die am ehesten über drei Rezeptoren – IL-1 Rezeptor 1 (IL1-R1), IL-36 Rezeptor (IL-36R) und IL-1 Receptor Accessory Protein Like 1 (IL-1RAPL1) – entfaltet wird. Die genaue Wirkweise des IL-38 ist bis heute jedoch noch unklar. Insbesondere die intrazelluläre Prozessierung, Sekretion, Rezeptorbindung und weiterführende Signalkaskaden sind noch nicht entschlüsselt worden. Nichtsdestotrotz scheint IL-38 eine regulierende Bedeutung im Rahmen verschiedener Autoimmunerkrankungen wie dem Systemischen Lupus Erythematosus (SLE) oder der Rheumatoiden Arthritis (RA) zu haben. Gleichzeitig ist die Beziehung von IL-38 und B Zellen als signifikanter Bestandteil des Immunsystems noch unklar. In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir den Einfluss von IL-38 im Prozess der Differenzierung peripherer humaner B Zellen des Blutes zu Antikörper produzierenden Zellen mittels drei-schrittigem in vitro Protokoll. Hierbei zeigen wir zunächst, dass alle potenziell IL-38 bindenden Rezeptoren auf B Zellen des peripheren Blutes auf Genexpressionsebene nachweisbar sind. Anschließend zeigen wir, dass B Zellen, die mit exogenem IL-38 behandelt werden zwar keine phänotypischen Unterschiede bezüglich klassischer B Zell Aktivierungsproteine aufweisen, der Prozess der B Zell Differenzierung jedoch verändert wird. Hauptsächlich zeigt sich dies an Tag 7 der Differenzierung in Form einer signifikant reduzierten CD38-Exprimierung der mit IL-38 behandelten Zellen, die einen wichtigen Schritt in der Differenzierung in Richtung Plasmazellen darstellt. Wir stellen die Hypothese auf, dass IL-38 antagonistisch über den IL-1R1 wirkt und durch eine Reduktion des Nuclear factor kappa B (NFκB) die Expression des CD38 Oberflächenproteins mindert. Darüber hinaus zeigt sich eine IL-38 bedingte Reduktion der frühen Antikörperproduktion bei jedoch erhöhter IgM-Sekretion am Ende der B Zell-Differenzierung. Als nächstes wiederholten wir die B Zell-Differenzierungsversuche unter zusätzlicher IL-21-Stimulation, um eine erhöhte Zahl an Plasmazellen zu generieren. Hierbei zeigte sich eine deutliche Verringerung der zuvor gesehenen Effekte von IL-38 auf die B Zell Subgruppen und Immunglobulin Produktion, sodass die biologische Relevanz IL-38 bezüglich der B Zell-Differenzierung im Vergleich zu anderen Zytokinen geringer einzuschätzen erscheint. Des Weiteren untersuchten wir, wie die B Zell-Proliferation sowie Zelltod von exogenem IL-38 beeinflusst werden. Hierbei war die alleinige IL-38-Stimulation mit einem verringertem B Zell Überleben verbunden, was durch zusätzliche IL-21-Stimulation noch verstärkt wurde. Wir folgern, dass IL-38 synergistisch mit IL-21 die Apoptose von B Zellen fördert und damit ein anti-inflammatorisches Signal darstellt. Als letztes gelang es uns mittels siRNA einen erfolgreichen IL-38 Gen-Knockdown zu kreieren, der das IL-38 Expressionsniveau an Tag 4 der Zell-Differenzierung auf 44% absenkte. In diesen Experimenten zeichnete sich die Tendenz einer erhöhten CD38-Exprimierung in den Zellen mit verminderter IL-38-Expression ab und somit im Gegensatz zu den vorherigen Beobachtungen der exogenen IL-38 Wirkung steht. Insgesamt erscheint daher, neben der exogenen Funktion des IL-38 auch eine relevante endogene Regulationsfunktion vorzuliegen. Die vorliegende Arbeit zeigt erstmals einen direkten Effekt des IL-38 auf humane B Zellen. Zudem geben unsere Ergebnisse, passend zu bisherigen Untersuchungen, weiteren Anhalt einer anti-inflammatorischen Funktion in Bezug auf Modulierung der B Zell-Differenzierung, des Zellüberlebens und der Immunglobulin-Produktion. Diese Ergebnisse ebnen den Weg für detailliertere Untersuchungen der Beziehung zwischen IL-38 und B Zell Funktionen.