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Abstract

Paraneoplastic cerebellar degeneration (PCD) is an autoimmune neurological disorder that impairs motor function through the immune-mediated death of cerebellar neurons. PCD is frequently diagnosed among ovarian or breast cancer patients, where the tumor aberrantly expresses antigens typically restricted to the cerebellum. Yo-associated PCD is the most common subtype, characterized by serum- or cerebrospinal fluid (CSF)-derived Yo antibodies. They serve as a diagnostic marker, and prompts the search for an associated tumor. Yo antibodies have been classically defined to target the canonical Yo antigen Cerebellar Degeneration-related protein 2 (CDR2), whose expression is normally restricted to Purkinje cells of the cerebellum. Much contention however exists surrounding the specificity of these autoantibodies and their contribution to the progression of the disorder. In my dissertation, I used single-cell immunoglobulin sequencing to examine the repertoire of tumor-infiltrating B cells and antibody�secreting cells from an ovarian carcinoma patient who presented with anti-Yo paraneoplastic cerebellar degeneration (Yo-PCD). Here, I show across different reactivity assays that CDR2L (Cerebellar Degeneration Related Protein 2 Like), is also a target of Yo antibodies, and may be the predominant Yo antigen. I also show that these Yo antibodies are secreted by highly-activated and somatically hypermutated antibody-secreting cells that infiltrate the tumor, and likely derive from protracted autoreactive germinal center responses. I could also show that these Yo antibodies can be taken up by Purkinje cells in vitro. Finally, I could show that after continuous intrathecal delivery of monoclonal Yo antibodies in mice, they are also taken up by Purkinje cells in vivo, and normal motor function, evaluated through rotarod assays, is affected. My results demonstrate that tumor-derived Yo antibodies mainly target CDR2L, and have a potential pathogenic contribution to the progression of Yo-PCD. Resolving the relevant Yo antigen and dissecting the epitope specificities of Yo autoantibodies may help improve the diagnosis of this disorder, and the early detection of the associated tumor. Furthermore, deeply characterizing Yo autoantibodies and elucidating antibody-mediated pathogenic mechanisms may fine-tune the prognosis for Yo-PCD, and expand current paradigms for the role of antibodies targeting intracellular antigens

Translation of abstract (German)

Die paraneoplastische Kleinhirndegeneration (PCD) ist eine neurologische Autoimmunerkrankung, die die motorischen Funktionen durch das immunvermittelte Absterben von Kleinhirnneuronen beeinträchtigt. PCD wird häufig bei Patientinnen mit Eierstock- oder Brustkrebs diagnostiziert, da der Tumor in abnormaler Weise Antigene exprimiert, die normalerweise auf das Kleinhirn beschränkt sind. Die Yo-assoziierte PCD ist der häufigste Subtyp, der durch Yo-Antikörper aus dem Serum oder dem Liquor gekennzeichnet ist. Sie dienen als diagnostischer Marker und veranlassen die Suche nach einem assoziierten Tumor. Yo-Antikörper sind klassischerweise auf das kanonische Yo-Antigen Cerebellar Degeneration-related protein 2 (CDR2) ausgerichtet, dessen Expression normalerweise auf Purkinje-Zellen des Kleinhirns beschränkt ist. Die Spezifität dieser Autoantikörper und ihr Beitrag zum Fortschreiten der Erkrankung sind jedoch sehr umstritten. In meiner Dissertation untersuchte ich mit Hilfe der Einzelzell-Immunglobulin-Sequenzierung das Repertoire der tumorinfiltrierenden B-Zellen und Antikörper-sezernierenden Zellen einer Ovarialkarzinompatientin, die eine Yo-bedingte paraneoplastische Kleinhirndegeneration (Yo-PCD) aufwies. Hier zeige ich anhand verschiedener Reaktivitätstests, dass CDR2L (Cerebellar Degeneration Related Protein 2 Like) ebenfalls ein Ziel von Yo-Antikörpern ist und möglicherweise das vorherrschende Yo-Antigen darstellt. Ich konnte auch zeigen, dass diese Yo-Antikörper von hochaktivierten und somatisch hypermutierten Antikörper-sezernierenden Zellen, die den Tumor infiltrieren, abgesondert werden und wahrscheinlich von andauernden autoreaktiven Keimzentrumsreaktionen herrühren. Ich konnte auch zeigen, dass diese Yo-Antikörper von Purkinje-Zellen in vitro aufgenommen werden können. Schließlich konnte ich zeigen, dass nach kontinuierlicher intrathekaler Verabreichung von monoklonalen Yo-Antikörpern in Mäusen diese auch in vivo von Purkinje-Zellen aufgenommen werden und die normale motorische Funktion, die mit Hilfe von Rotarod-Tests ermittelt wurde, beeinträchtigt wird. Meine Ergebnisse zeigen, dass vom Tumor stammende Yo-Antikörper hauptsächlich auf CDR2L abzielen und einen möglichen pathogenen Beitrag zum Fortschreiten der Yo-PCD leisten. Die Bestimmung des relevanten Yo-Antigens und die Aufschlüsselung der Epitop-Spezifitäten von Yo-Autoantikörpern können dazu beitragen, die Diagnose dieser Erkrankung und die Früherkennung des damit verbundenen Tumors zu verbessern. Darüber hinaus kann die eingehende Charakterisierung von Yo-Autoantikörpern und die Aufklärung von Antikörper-vermittelten pathogenen Mechanismen die Prognose für Yo-PCD verbessern und die derzeitigen Paradigmen für die Rolle von Antikörpern, die auf intrazelluläre Antigene abzielen, erweitern.