Memory B cells (MBCs) epitomize the adaptation of the immune system to the environment. We identify two MBC subsets in peripheral blood, CD27dull and CD27bright MBCs, whose frequency changes with age. Heavy chain variable region (VH) usage, somatic mutation frequency replacement-to-silent ratio, and CDR3 property changes, reflecting consecutive selection of highly antigen-specific, low cross-reactive antibody variants, all demonstrate that CD27dull and CD27bright MBCs represent sequential MBC developmental stages, and stringent antigen-driven pressure selects CD27dull into the CD27bright MBC pool. Dynamics of human MBCs are exploited in pregnancy, when 50% of maternal MBCs are lost and CD27dull MBCs transit to the more differentiated CD27bright stage. In the postpartum period, the maternal MBC pool is replenished by the expansion of persistent CD27dull clones. Thus, the stability and flexibility of human B cell memory is ensured by CD27dull MBCs that expand and differentiate in response to change.

Around 65% of primary immunodeficiencies are antibody deficiencies. Functional tests are useful tools to study B-cell functions in vitro. However, no accepted guidelines for performing and evaluating functional tests have been issued yet. Here, we report our experience on the study of B-cell functions in infancy and throughout childhood. We show that T-independent stimulation with CpG measures proliferation and differentiation potential of memory B cells. Switched memory B cells respond better than IgM memory B cells. On the other hand, CD40L, a T-dependent stimulus, does not induce plasma cell differentiation, but causes proliferation of naïve and memory B cells. During childhood, the production of plasmablasts in response to CpG increases with age mirroring the development of memory B cells. The response to CD40L does not change with age. In patients with selective IgA deficiency (SIgAD), we observed that switched memory B cells are reduced due to the absence of IgA memory B cells. In agreement, IgA plasma cells are not generated in response to CpG. Unexpectedly, B cells from SIgAD patients show a reduced proliferative response to CD40L. Our results demonstrate that functional tests are an important tool to assess the functions of the humoral immune system.

Children with Down Syndrome (DS) suffer from immune deficiency with a severe reduction in switched memory B cells and poor response to vaccination. Chromosome 21 encodes two microRNAs (miRs), miR-125b and miR-155, that regulate B-cell responses. We investigated the expression of miR-125b and miR-155 in B cell and T cell subsets and during B-cell activation in DS. The frequency of B-cell and T-cell subsets were analyzed in tonsils of HD and DS. We studied the expression of miR-125b and miR-155 in sorted tonsillar B-cell and T-cell subsets and after in vitro activation of PBMCs. We blocked miRs using antagomiRs and determined plasmablast formation in vitro. We found that the germinal center (GC) reaction was impaired in DS as GC size and numbers of GC B cells and TFH cells were severely reduced. The expression of miR-155 and miR-125b was increased in tonsillar memory B cells. MiR-125b was also higher than expected in plasma cells. The expression of miR-155 rose excessively upon in vitro stimulation of PBMCs with CpG, whereas miR-125b was constitutively over-expressed in DS. The increase of miR-155 and its functional consequences were blocked by antagomiRs in vitro. Our data show that the expression of human chromosome 21-encoded miR-155 and miR-125b is altered in B cells of DS both in vivo and in vitro. Administration of antagomiRs changes the fate of B cells in vitro, partially correcting the defects observed in DS. HSA21-encoded miRs may play a role also in DS-associated dementia and leukemia. Our study suggests that antagomiRs may represent pharmacological tools useful for the treatment of DS.

Common variable immune deficiency (CVID) is a heterogeneous disorder characterized by recurrent infections, low levels of serum immunoglobulins, and impaired vaccine responses. Autoimmune manifestations are common, but B cell central and peripheral selection mechanisms in CVID are incompletely understood. Here, we find that receptor editing, a measure of central tolerance, is increased in transitional B cells from CVID patients and that these cells have a higher immunoglobulin κ:λ ratio in CVID patients with autoimmune manifestations than in those with infection only. Contrariwise, the selection pressure in the germinal center on CD27bright memory B cells is decreased in CVID patients with autoimmune manifestations. Finally, functionally, T cell-dependent activation showed that naive B cells in CVID patients are badly equipped for activation and induction of mismatch repair genes. We conclude that central tolerance is functional whereas peripheral selection is defective in CVID patients with autoimmune manifestations, which could underpin the development of autoimmunity.