ASSESSING THE DIVERSITY OF THE HUMAN Ig REPERTOIRE AFTER B CELL CRYOPRESERVATION AND RESTIMULATION

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Cryopreservation of human B cells is widely employed in various clinical and research applications. However, it is still commonly believed that only freshly isolated B cells should be utilized for subsequent analyses to accurately evaluate the natural immunoglobulin (Ig) repertoire in both quantitative and qualitative dimensions. In this study, we use next-generation sequencing to investigate how the Ig repertoire reshapes after the cryopreservation of B cells. Our focus centers on examining the proportional representation of the Ig repertoire after freeze-thawing, both with and without subsequent restimulation. Our research findings encourage scientists to conduct experiments on the Ig repertoire using cryopreserved, patient-derived B cells, underscoring the potential clinical and experimental applications of monitoring the Ig repertoire with cryopreserved B cells.

About the authors

A. O. Smirnova

Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

L. A. Ovchinnikova

Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

I. Z. Mamedov

Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

T. V. Grigoreva

Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

S. N. Khazeev

Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

M. A. Akhmedova

Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

Y. A. Lomakin

Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: yasha.l@bk.ru
Moscow, Russia

References

  1. Tonegawa, S. (1983) Somatic generation of antibody diversity, Nature, 302, 575-581, https://doi.org/10.1038/302575a0.
  2. Zamecnik, C. R., Sowa, G. M., Abdelhak, A., Dandekar, R., Bair, R. D., Wade, K. J., Bartley, C. M., Kizer, K., Augusto, D. G., Tubati, A., Gomez, R., Fouassier, C., Gerungan, C., Caspar, C. M., Alexander, J., Wapniarski, A. E., Loudermilk, R. P., Eggers, E. L., Zorn, K. C., Ananth, K., Jabassini, N., Mann, S. A., Ragan, N. R., Santaniello, A., Henry, R. G., et al. (2024) An autoantibody signature predictive for multiple sclerosis, Nat. Med., 30, 1300-1308, https://doi.org/10.1038/s41591-024-02938-3.
  3. Sng, J., Ayoglu, B., Chen, J. W., Schickel, J.-N., Ferre, E. M. N., Glauzy, S., Romberg, N., Hoenig, M., CunninghamRundles, C., Utz, P. J., Lionakis, M. S., and Meffre, E. (2019) AIRE expression controls the peripheral selection of autoreactive B cells, Sci. Immunol., 4, eaav6778, https://doi.org/10.1126/sciimmunol.aav6778.
  4. Sanderson, N. S. R., Zimmermann, M., Eilinger, L., Gubser, C., Schaeren-Wiemers, N., Lindberg, R. L. P., Dougan, S. K., Ploegh, H. L., Kappos, L., and Derfuss, T. (2017) Cocapture of cognate and bystander antigens can activate autoreactive B cells, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114, 734-739, https://doi.org/10.1073/pnas.1614472114.
  5. Lomakin, Y., Arapidi, G. P., Chernov, A., Ziganshin, R., Tcyganov, E., Lyadova, I., Butenko, I. O., Osetrova, M., Ponomarenko, N., Telegin, G., Govorun, V. M., Gabibov, A., and Belogurov, A. Jr. (2017) Exposure to the EpsteinBarr viral antigen latent membrane protein 1 induces myelin-reactive antibodies in vivo, Front. Immunol., 8, 777, https://doi.org/10.3389/fimmu.2017.00777.
  6. Lomakin, Y., Kudriaeva, A., Kostin, N., Terekhov, S., Kaminskaya, A., Chernov, A., Zakharova, M., Ivanova, M., Simaniv, T., Telegin, G., Gabibov, A., Belogurov, A. Jr. (2018) Diagnostics of autoimmune neurodegeneration using fluorescent probing, Sci. Rep., 8, 12679, https://doi.org/10.1038/s41598-018-30938-0.
  7. Ovchinnikova, L. A., Eliseev, I. E., Dzhelad, S. S., Simaniv, T. O., Klimina, K. M., Ivanova, M., Ilina, E. N., Zakharova, M. N., Illarioshkin, S. N., Rubtsov, Y. P., Gabibov, A. G., and Lomakin, Y. A. (2024) High heterogeneity of cross-reactive immunoglobulins in multiple sclerosis presumes combining of B-cell epitopes for diagnostics: a case-control study, Front. Immunol., 15, 1401156, https://doi.org/10.3389/fimmu.2024.1401156.
  8. DeKosky, B. J., Ippolito, G. C., Deschner, R. P., Lavinder, J. J., Wine, Y., Rawlings, B. M., Varadarajan, N., Giesecke, C., Dörner, T., Andrews, S. F., Wilson, P. C., Hunicke-Smith, S. P., Willson, C. G., Ellington, A. D., and Georgiou, G. (2013) High-throughput sequencing of the paired human immunoglobulin heavy and light chain repertoire, Nat. Biotechnol., 31, 166-169, https://doi.org/10.1038/nbt.2492.
  9. Turchaninova, M. A., Davydov, A., Britanova, O. V., Shugay, M., Bikos, V., Egorov, E. S., Kirgizova, V. I., Merzlyak, E. M., Staroverov, D. B., Bolotin, D. A., Mamedov, I. Z., Izraelson, M., Logacheva, M. D., Kladova, O., Plevova, K., Pospisilova, S., and Chudakov, D. M. (2016) High-quality full-length immunoglobulin profiling with unique molecular barcoding, Nat. Protoc., 11, 1599-1616, https://doi.org/10.1038/nprot.2016.093.
  10. Mikelov, A., Alekseeva, E. I., Komech, E. A., Staroverov, D. B., Turchaninova, M. A., Shugay, M., Chudakov, D. M., Bazykin, G. A., and Zvyagin, I. V. (2022) Memory persistence and differentiation into antibody-secreting cells accompanied by positive selection in longitudinal BCR repertoires, eLife, 11, e79254, https://doi.org/10.7554/eLife.79254.
  11. Phad, G. E., Pinto, D., Foglierini, M., Akhmedov, M., Rossi, R. L., Malvicini, E., Cassotta, A., Fregni, C. S., Bruno, L., Sallusto, F., and Lanzavecchia, A. (2022) Clonal structure, stability and dynamics of human memory B cells and circulating plasmablasts, Nat. Immunol., 23, 1076-1085, https://doi.org/10.1038/s41590-022-01230-1.
  12. Tian, X., Hong, B., Zhu, X., Kong, D., Wen, Y., Wu, Y., Ma, L., and Ying, T. (2022) Characterization of human IgM and IgG repertoires in individuals with chronic HIV-1 infection, Virol. Sin., 37, 370-379, https://doi.org/10.1016/j.virs.2022.02.010.
  13. Soto, C., Bombardi, R. G., Branchizio, A., Kose, N., Matta, P., Sevy, A. M., Sinkovits, R. S., Gilchuk, P., Finn, J. A., and Crowe, J. E. Jr. (2019) High frequency of shared clonotypes in human B cell receptor repertoires, Nature, 566, 398-402, https://doi.org/10.1038/s41586-019-0934-8.
  14. Lomakin, Y. A., Zvyagin, I. V., Ovchinnikova, L. A., Kabilov, M. R., Staroverov, D. B., Mikelov, A., Tupikin, A. E., Zakharova, M. Y., Bykova, N. A., Mukhina, V. S., Favorov, A. V., Ivanova, M., Simaniv, T., Rubtsov, Y. P., Chudakov, D. M., Zakharova, M. N., Illarioshkin, S. N., Belogurov, A. A. Jr., and Gabibov, A. G.(2022) Deconvolution of B cell receptor repertoire in multiple sclerosis patients revealed a delay in tBreg maturation, Front. Immunol., 13, 803229, https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.803229.
  15. Lomakin, Y. A., Ovchinnikova, L. A., Terekhov, S. S., Dzhelad, S. S., Yaroshevich, I., Mamedov, I., Smirnova, A., Grigoreva, T., Eliseev, I. E., Filimonova, I. N., Mokrushina, Y. A., Abrikosova, V., Rubtsova, M. P., Kostin, N. N., Simonova, M. A., Bobik, T. V., Aleshenko, N. L., Alekhin, A. I., Boitsov, V. M., Zhang, H., Smirnov, I. V., Rubtsov, Y. P., and Gabibov, A. G. (2024) Two-dimensional high-throughput on-cell screening of immunoglobulins against broad antigen repertoires, Commun. Biol., 7, 842, https://doi.org/10.1038/s42003-024-06500-2.
  16. Sarkkinen, J., Yohannes, D. A., Kreivi, N., Dürnsteiner, P., Elsakova, A., Huuhtanen, J., Nowlan, K., Kurdo, G., Linden, R., Saarela, M., Tienari, P. J., Kekäläinen, E., Perdomo, M., and Laakso, S. M. (2025) Altered immune landscape of cervical lymph nodes reveals Epstein-Barr virus signature in multiple sclerosis, Sci. Immunol., 10, eadl3604, https://doi.org/10.1126/sciimmunol.adl3604.
  17. Greiff, V., Menzel, U., Miho, E., Weber, C., Riedel, R., Cook, S., Valai, A., Lopes, T., Radbruch, A., Winkler, T. H., and Reddy, S. T. (2017) Systems analysis reveals high genetic and antigen-driven predetermination of antibody repertoires throughout B cell development, Cell Rep., 19, 1467-1478, https://doi.org/10.1016/j.celrep.2017.04.054.
  18. Shrock, E. L., Timms, R. T., Kula, T., Mena, E. L., West, A. P., Guo, R., Lee, I. H., Cohen, A. A., McKay, L. G. A., Bi, C., Leng, Y., Fujimura, E., Horns, F., Li, M., Wesemann, D. R., Griffiths, A., Gewurz, B. E., Bjorkman, P. J., and Elledge, S. J. (2023) Germline-encoded amino acid-binding motifs drive immunodominant public antibody responses, Science, 380, eadc9498, https://doi.org/10.1126/science.adc9498.
  19. Fischer, K., Lulla, A., So, T. Y., Pereyra-Gerber, P., Raybould, M. I. J., Kohler, T. N., Yam-Puc, J. C., Kaminski, T. S., Hughes, R., Pyeatt, G. L., Leiss-Maier, F., Brear, P., Matheson, N. J., Deane, C. M., Hyvönen, M., Thaventhiran, J. E. D., and Hollfelder, F. (2024) Rapid discovery of monoclonal antibodies by microfluidicsenabled FACS of single pathogen-specific antibody-secreting cells, Nat. Biotechnol., https://doi.org/10.1038/s41587-024-02346-5.
  20. Briney, B., Inderbitzin, A., Joyce, C., and Burton, D. R. (2019) Commonality despite exceptional diversity in the baseline human antibody repertoire, Nature, 566, 393-397, https://doi.org/10.1038/s41586-019-0879-y.
  21. Zhou, X., Wang, H., Ji, Q., Du, M., Liang, Y., Li, H., Li, F., Shang, H., Zhu, X., Wang, W., Jiang, L., Stepanov, A. V., Ma, T., Gong, N., Jia, X., Gabibov, A. G., Lou, Z., Lu, Y., Guo, Y., Zhang, H., and Yang, X. (2021) Molecular deconvolution of the neutralizing antibodies induced by an inactivated SARS-CoV-2 virus vaccine, Protein Cell, 12, 818-823, https://doi.org/10.1007/s13238-021-00840-z.
  22. Gabibov, A. G., Belogurov, A. A., Lomakin, Y. A., Zakharova, M. Y., Avakyan, M. E., Dubrovskaya, V. V., Smirnov, I. V., Ivanov, A. S., Molnar, A. A., Gurtsevitch, V. E., Diduk, S. V., Smirnova, K.V., Avalle, B., Sharanova, S. N., Tramontano, A., Friboulet, A., Boyko, A. N., Ponomarenko, N. A., and Tikunova, N. V. (2011) Combinatorial antibody library from multiple sclerosis patients reveals antibodies that cross-react with myelin basic protein and EBV antigen, FASEB J., 25, 4211-4221, https://doi.org/10.1096/fj.11-190769.
  23. Wang, B., DeKosky, B. J., Timm, M. R., Lee, J., Normandin, E., Misasi, J., Kong, R., McDaniel, J. R., Delidakis, G., Leigh, K. E., Niezold, T., Choi, C. W., Viox, E. G., Fahad, A., Cagigi, A., Ploquin, A., Leung, K., Yang, E. S., Kong, W. P., Voss, W. N., Schmidt, A. G., Moody, M. A., Ambrozak, D. R., Henry, A. R., Laboune, F., et al. (2018) Functional interrogation and mining of natively paired human VH:VL antibody repertoires, Nat. Biotechnol., 36, 152-155, https://doi.org/10.1038/nbt.4052.
  24. Tawfik, D. S., and Griffiths, A. D. (1998) Man-made cell-like compartments for molecular evolution, Nat. Biotechnol., 16, 652-656, https://doi.org/10.1038/nbt0798-652.
  25. Georgiou, G., Ippolito, G. C., Beausang, J., Busse, C. E., Wardemann, H., and Quake, S. R. (2014) The promise and challenge of high-throughput sequencing of the antibody repertoire, Nat. Biotechnol., 32, 158-168, https://doi.org/10.1038/nbt.2782.
  26. Terekhov, S. S., Smirnov, I. V., Stepanova, A. V., Bobik, T. V., Mokrushina, Y. A., Ponomarenko, N. A., Belogurov, A. A. Jr., Rubtsova, M. P., Kartseva, O. V., Gomzikova, M. O., Moskovtsev, A. A., Bukatin, A. S., Dubina, M. V., Kostryukova, E. S., Babenko, V. V., Vakhitova, M. T., Manolov, A. I., Malakhova, M. V., Kornienko, M. A., Tyakht, A. V., Vanyushkina, A. A., Ilina, E. N., Masson, P., Gabibov, A. G., and Altman, S. (2017) Microfluidic droplet platform for ultrahigh-throughput single-cell screening of biodiversity, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114, 2550-2555, https://doi.org/10.1073/pnas.1621226114.
  27. Zheng, G. X. Y., Terry, J. M., Belgrader, P., Ryvkin, P., Bent, Z. W., Wilson, R., Ziraldo, S. B., Wheeler, T. D., McDermott, G. P., Zhu, J., Gregory, M. T., Shuga, J., Montesclaros, L., Underwood, J. G., Masquelier, D. A., Nishimura, S. Y., Schnall-Levin, M., Wyatt, P. W., Hindson, C. M., Bharadwaj, R., Wong, A., Ness, K. D., Beppu, L. W., Deeg, H. J., McFarland, C., et al. (2017) Massively parallel digital transcriptional profiling of single cells, Nat. Commun., 8, 14049, https://doi.org/10.1038/ncomms14049.
  28. Costantini, A., Mancini, S., Giuliodoro, S., Butini, L., Regnery, C. M., Silvestri, G., and Montroni, M. (2003) Effects of cryopreservation on lymphocyte immunophenotype and function, J. Immunol. Methods, 278, 145-155, https://doi.org/10.1016/S0022-1759(03)00202-3.
  29. Schäfer, A. K., Waterhouse, M., Follo, M., Duque-Afonso, J., Duyster, J., Bertz, H., and Finke, J. (2020) Phenotypical and functional analysis of donor lymphocyte infusion products after long-term cryopreservation, Transfus. Apher. Sci., 59, 102594, https://doi.org/10.1016/j.transci.2019.06.022.
  30. Zhang, J., Yin, Z., Liang, Z., Bai, Y., Zhang, T., Yang, J., Li, X., and Xue, L. (2024) Impacts of cryopreservation on phenotype and functionality of mononuclear cells in peripheral blood and ascites, J. Transl. Intern. Med., 12, 51-63, https://doi.org/10.2478/jtim-2023-0136.
  31. Anderson, J., Toh, Z. Q., Reitsma, A., Do, L. A. H., Nathanielsz, J., and Licciardi, P. V. (2019) Effect of peripheral blood mononuclear cell cryopreservation on innate and adaptive immune responses, J. Immunol. Methods, 465, 61-66, https://doi.org/10.1016/j.jim.2018.11.006.
  32. Fecher, P., Caspell, R., Naeem, V., Karulin, A. Y., Kuerten, S., and Lehmann, P. V. (2018) B cells and B cell blasts withstand cryopreservation while retaining their functionality for producing antibody, Cells, 7, 50, https://doi.org/10.3390/cells7060050.
  33. Ticha, O., Moos, L., and Bekeredjian-Ding, I. (2021) Effects of long-term cryopreservation of PBMC on recovery of B cell subpopulations, J. Immunol. Methods, 495, 113081, https://doi.org/10.1016/j.jim.2021.113081.
  34. Jahnmatz, M., Kesa, G., Netterlid, E., Buisman, A.-M., Thorstensson, R., and Ahlborg, N. (2013) Optimization of a human IgG B-cell ELISpot assay for the analysis of vaccine-induced B-cell responses, J. Immunol. Methods, 391, 50-59, https://doi.org/10.1016/j.jim.2013.02.009.
  35. Bolotin, D. A., Poslavsky, S., Mitrophanov, I., Shugay, M., Mamedov, I. Z., Putintseva, E. V., and Chudakov, D. M. (2015) MiXCR: software for comprehensive adaptive immunity profiling, Nat. Methods, 12, 380-381, https://doi.org/10.1038/nmeth.3364.
  36. Shugay, M., Bagaev, D. V., Turchaninova, M. A., Bolotin, D. A., Britanova, O. V., Putintseva, E. V., Pogorelyy, M. V., Nazarov, V. I., Zvyagin, I. V., Kirgizova, V. I., Kirgizov, K. I., Skorobogatova, E. V., and Chudakov, D. M. (2015) VDJtools: unifying post-analysis of T cell receptor repertoires, PLoS Comput. Biol., 11, e1004503, https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1004503.
  37. Lefranc, M.-P., Pommié, C., Ruiz, M., Giudicelli, V., Foulquier, E., Truong, L., Thouvenin-Contet, V., and Lefranc, G. (2003) IMGT unique numbering for immunoglobulin and T cell receptor variable domains and Ig superfamily V-like domains, Dev. Comp. Immunol., 27, 55-77, https://doi.org/10.1016/S0145-305X(02)00039-3.
  38. Tipton, C. M., Fucile, C. F., Darce, J., Chida, A., Ichikawa, T., Gregoretti, I., Schieferl, S., Hom, J., Jenks, S., Feldman, R. J., Mehr, R., Wei, C., Lee, F. E., Cheung, W. C., Rosenberg, A. F., and Sanz, I. (2015) Diversity, cellular origin and autoreactivity of antibody-secreting cell population expansions in acute systemic lupus erythematosus, Nat. Immunol., 16, 755-765, https://doi.org/10.1038/ni.3175.
  39. Arpin, C., Banchereau, J., and Liu, Y.-J. (1997) Memory B cells are biased towards terminal differentiation: a strategy that may prevent repertoire freezing, J. Exp. Med., 186, 931-940, https://doi.org/10.1084/jem.186.6.931.
  40. Kyu, S. Y., Kobie, J., Yang, H., Zand, M. S., Topham, D. J., Quataert, S. A., Sanz, I., and Lee, F. E. (2009) Frequencies of human influenza-specific antibody secreting cells or plasmablasts post vaccination from fresh and frozen peripheral blood mononuclear cells, J. Immunol. Methods, 340, 42-47, https://doi.org/10.1016/j.jim.2008.09.025.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».