單細胞免疫組庫VDJ——基礎(chǔ)知識(一)

一竖共、什么是免疫組庫

免疫組庫(Immune Repertoire蔑穴,IR)是指在指定時間儡陨,某個體循環(huán)系統(tǒng)中所有功能的多樣性T細胞和B細胞的總和痘系。在B細胞和T細胞中發(fā)現(xiàn)的受體分別被稱為B細胞受體(B Cell Receptor ,BCR)和T細胞受體(T Cell Receptor虏辫,TCR)蚌吸。直白來說免疫組庫就是研究BCR和TCR,探究人體免疫機制砌庄。
從骨髓的造血干細胞發(fā)育到胸腺中成熟T細胞和骨髓中成熟B細胞羹唠,此階段中發(fā)生的V(D)J重排會導致IR的多樣性奕枢。T細胞抗原受體(T cell receptor,TCR)是T細胞特異性識別和結(jié)合抗原肽MHC分子的分子結(jié)構(gòu)佩微,其功能為識別抗原缝彬。B細胞抗原受體(B cell receptor, BCR)是B細胞識別抗原的一種膜表面蛋白哺眯,具有抗原結(jié)合特異性谷浅。B細胞受抗原刺激后,會增殖分化出大量漿細胞奶卓。漿細胞可合成和分泌對應(yīng)的免疫球蛋白(immunoglobulins一疯,Igs)進行“體液免疫”。

二夺姑、為什么叫VDJ

BCR和TCR的基本結(jié)構(gòu)和區(qū)別

TCR分為兩類墩邀,多數(shù)T細胞的TCR由α和β鏈組成, 少數(shù)TCR由γ和δ肽鏈組成,其肽鏈可分為V區(qū)盏浙、C區(qū)眉睹、跨膜區(qū)和胞質(zhì)區(qū)。BCR由兩條重鏈和兩條輕鏈連接而成废膘,其中重鏈分為可變區(qū)(V區(qū))竹海、恒定區(qū)(C區(qū))、跨膜區(qū)及胞質(zhì)區(qū)丐黄;輕鏈則只有V區(qū)和C區(qū)站削。BCR和TCR有三個高變區(qū)CDR1、CDR2孵稽、CDR3许起,其中以CDR3變異最大,直定了抗原結(jié)合特異性菩鲜,對于B細胞和T細胞多樣性的研究也就集中在CDR3 區(qū)园细。


圖1、BCR和TCR結(jié)構(gòu)

BCR的CDR3區(qū)包括輕鏈V接校、J基因片段和重鏈V猛频、D、J基因片段蛛勉,TCR的CDR3區(qū)包括α鏈V鹿寻、J基因片段和和β鏈V、D诽凌、J基因片段毡熏。因此,稱為VDJ


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三侣诵、免疫組庫的不同方法比較

一般的免疫組庫測序(Immune Repertoire sequencing(IR-SEQ))大致分為兩類:多重PCR測序和5' RACE技術(shù)痢法。

1狱窘、多重PCR測序

市面上以多重PCR測序為主,其原理是設(shè)計位于J等位基因活位于C區(qū)(恒定區(qū))的引物财搁,結(jié)合一系列已知的V等位基因上的混合引物蘸炸,進行PCR擴增。此方法可使用gRNA和RNA尖奔,但是由于引物設(shè)計參考了特定的V等位基因搭儒,不能檢測新的V等位基因突變,此外存在擴增性偏好提茁,影響產(chǎn)物豐度淹禾。

2、5' RACE

此技術(shù)能夠合成完整的5'cDNA甘凭,覆蓋完整的V區(qū)稀拐,保留完整的VDJ區(qū)域火邓。優(yōu)于擴增產(chǎn)物一致丹弱,也規(guī)避的擴增的偏好性。但由于起始材料是RNA铲咨,對操作要求相對較高躲胳,并且流程繁雜,重復(fù)性受到影響纤勒,成本相對較高坯苹。

同時,這兩種方法都無法區(qū)分PCR重復(fù)和分子重復(fù)摇天,定量不準確粹湃,存在假陰性或者假陽性的情況。

3泉坐、單細胞免疫組庫測序-10X V(D)J

傳統(tǒng)的方法并不能獲得每個細胞的BCR和TCR的具體狀態(tài)为鳄,無法做到將TCR/BCR雙鏈完美匹配。10x Genomics發(fā)布了基于微流控和油滴包裹技術(shù)的Chromium單細胞系統(tǒng)平臺腕让,可實現(xiàn)高通量的單細胞轉(zhuǎn)錄組和單細胞V(D)J測序孤钦。不但可以將TCR/BCR雙鏈完美匹配,實現(xiàn)成對的重鏈和輕鏈(B細胞)或α和β鏈(T細胞)的全長測序纯丸。而且可以細化到單細胞水平偏形,同時獲得表達譜信息。同批樣本可同時測得mRNA表達譜數(shù)據(jù)觉鼻。其次俊扭,具有靈活的獲取量,可在7分鐘內(nèi)封裝100-80000個單細胞坠陈,進而建庫測序统扳。

四喘帚、10X V(D)J建庫測序原理

見參考,很多文章都有介紹咒钟,這里不贅述吹由。下期內(nèi)容:單細胞免疫組庫VDJ——CellRanger(二)

參考:

10× Genomics單細胞免疫組庫VDJ分析必知必會
單細胞免疫組庫:TCR基因重排原理和TCR測序建庫方法
10X Genomics V(D)J測序:免疫分析從零起步學(一)

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