Jump to content

Tcr-seq

TCR-Seq ( секвенирование рецепторов Т-клеток ) — это метод, используемый для идентификации и отслеживания конкретных Т-клеток и их клонов. [ 1 ] TCR-Seq использует уникальную природу рецептора Т-клеток (TCR) в качестве готового молекулярного штрих-кода. [ 1 ] Эта технология может применяться как к секвенирования отдельных клеток технологиям , так и к скринингам с высокой пропускной способностью. [ 1 ]

Т-клеточный рецептор (TCR)

[ редактировать ]

Т-клетки являются частью адаптивной иммунной системы и играют решающую роль в защите организма от чужеродных патогенов . [ 2 ] Т-клеточные рецепторы (TCR) представляют собой группу мембранных белков, обнаруженных на поверхности Т-клеток и способных связываться с чужеродными антигенами. [ 3 ] TCR взаимодействуют с главными комплексами гистосовместимости (MHC) на поверхности клеток для распознавания антигенов . Они представляют собой гетеродимеры, состоящие преимущественно из α- и β-цепей (реже δ- и γ-цепей). [ 4 ] и состоят из переменной области и постоянной области. Вариабельные области производятся посредством процесса, называемого рекомбинацией VDJ , в результате которого образуются уникальные аминокислотные последовательности для α-, β- и γ-цепей. В результате каждый TCR уникален и распознает определенный антиген. [ 4 ]

Области, определяющие комплементарность (CDR)

[ редактировать ]
Изображение областей, определяющих комплементарность (CDR) в линейной форме и форме рецептора.

Области, определяющие комплементарность (CDR), являются частью TCR и играют важную роль во взаимодействиях TCR-MHC. CDR1 и CDR2 кодируются генами V, тогда как CDR3 образуется из области между генами V и J или между генами D и J ( VDJ »). при совместном упоминании они называются «генами [ 4 ] CDR3 является наиболее вариабельным из CDR и находится в прямом контакте с антигеном. [ 4 ] [ 5 ] Таким образом, CDR3 используется в качестве «области штрих-кода» для идентификации уникальных популяций Т-клеток, поскольку крайне маловероятно, чтобы две Т-клетки имели одинаковую последовательность CDR3, если только они не произошли от одной и той же родительской Т-клетки. [ 4 ] [ 5 ]

Клональность

[ редактировать ]
Клональная экспансия Т-клеток при встрече с чужеродным антигеном, представленным другой клеткой.

Рекомбинация VDJ производит такое огромное количество уникальных TCR, что многие рецепторы никогда не сталкиваются с антигеном, для которого они лучше всего подходят. Когда в организме присутствует чужеродный антиген, те немногие Т-клетки, которые распознают этот антиген, подвергаются положительному отбору, так что в организме имеется достаточное количество Т-клеток для обеспечения эффективного иммунного ответа. [ 6 ] Выбранные Т-клетки быстро делятся и дифференцируются в эффекторные Т-клетки посредством процесса, называемого клональной экспансией. [ 7 ] который сохраняет последовательность TCR (включая последовательность CDR3), которая первоначально распознавала антиген [ 8 ]

TCR-Seq использует уникальную природу TCR, в частности CDR3, в качестве молекулярного штрих-кода для отслеживания Т-клеток посредством различных процессов, таких как дифференцировка и пролиферация, [ 9 ] который можно использовать для самых разных целей.

Массовое или одноклеточное секвенирование

[ редактировать ]

Секвенирование TCR можно проводить на объединенных популяциях клеток («объемное секвенирование») или на отдельных клетках (« секвенирование отдельных клеток »). [ 4 ] Массовое секвенирование полезно для изучения всего репертуара TCR — всех TCR в пределах индивидуума или образца — и для проведения сравнений между репертуарами разных индивидуумов. [ 4 ] Этот метод позволяет секвенировать миллионы клеток за один эксперимент. [ 5 ] Однако одним из основных недостатков является то, что массовое секвенирование не может определить, какие цепи TCR соединяются вместе, а только частоту внутри репертуара. Большое количество отобранных TCR также означает, что TCR с более низким содержанием могут быть не обнаружены. [ 5 ] Секвенирование отдельных клеток может определить пары цепей TCR, что делает их более полезными для идентификации конкретных TCR. [ 4 ] [ 5 ] К основным недостаткам этого метода относятся его высокая стоимость, [ 4 ] ограниченная емкость в несколько тысяч ячеек, [ 5 ] и необходимость живых клеток, которые может быть сложнее получить [ 4 ]

Целевые последовательности

[ редактировать ]

Любая цепь TCR может быть секвенирована, хотя чаще выбирают α- и β-цепи из-за их обилия в популяции Т-клеток. [ 4 ] В частности, β-цепь представляет интерес из-за ее большего разнообразия и специфичности по сравнению с другими цепями. Наличие компонента гена D в β-цепи, которого нет в α-цепи, позволяет создавать более разнообразные комбинации. [ 4 ] [ 10 ] Кроме того, β-цепи уникальны для каждой Т-клетки, что можно использовать для идентификации различных популяций Т-клеток в образце. [ 4 ] [ 5 ] [ 10 ]

Чтобы выполнить секвенирование TCR, амплификацию полимеразной цепной реакции (ПЦР) проводят в области CDR3 как меру уникальных Т-клеток в популяции. [ 4 ] [ 10 ] Область CDR3 выбрана вместо CDR1 и CDR2, поскольку она непосредственно отвечает за взаимодействие антигенов. [ 4 ] [ 10 ] и, как правило, уникален для TCR одной и той же линии, что позволяет идентифицировать отдельные популяции. [ 10 ]

Подготовка библиотеки

[ редактировать ]
Пример рабочего процесса, показывающего, как происходит TCR-секвенирование

Целью этого шага является создание библиотеки транскриптов для секвенирования. Существует 3 основных способа создания библиотеки для секвенирования TCR.

Мультиплексная ДНК

[ редактировать ]

Мультиплексная ПЦР может применяться как к геномной ДНК (гДНК) , так и к РНК , преобразованной в двухцепочечную комплементарную ДНК (кДНК) . [ 4 ] Пулы праймеров с парами праймеров, нацеленными на аллели J и V, используются для амплификации области CDR3 транскрипта TCR. [ 4 ] [ 10 ] Транскрипт проходит два или более раунда ПЦР для амплификации интересующей области, затем на оба конца полученного транскрипта лигируются адаптеры. [ 10 ] Этот метод является одним из наиболее часто используемых при создании библиотек для TCR-seq, поскольку он позволяет охватить большую часть разнообразия TCR через пул праймеров. [ 4 ] [ 10 ] Однако, поскольку практически невозможно оптимизировать условия ПЦР для всех праймеров в пуле, мультиплексная ДНК может привести к ошибке амплификации, когда некоторые области CDR3 с праймерами, которые плохо связываются, могут не амплифицироваться. [ 5 ] [ 10 ] Это означает, что количество амплифицированных сегментов может не соответствовать фактическому содержанию внутри клетки. [ 5 ] [ 10 ]

Целевое обогащение в растворе

[ редактировать ]

В этом методе можно использовать геномную гДНК или РНК, преобразованную в кДНК. [ 4 ] [ 10 ] Исходный материал сначала обрабатывается для создания транскриптов ДНК или кДНК с индексированными адаптерами на 5'- и 3'-концах. [ 4 ] Эти транскрипты затем инкубируются с РНК-приманками, предназначенными для связывания с интересующими областями, которыми обычно является область CDR3. [ 4 ] Эти приманки, которые обычно прикреплены к магнитным шарикам, можно изолировать с помощью магнита. Это позволяет выделить транскрипты области CDR3, которые затем можно амплифицировать с помощью ПЦР. [ 4 ] Целевое обогащение с использованием РНК-приманок требует меньшего количества этапов ПЦР-амплификации, что может уменьшить погрешность амплификации. [ 4 ] Однако эффективность захвата магнитами может влиять на разнообразие амплифицированных транскриптов.

Быстрая амплификация концов кДНК (RACE) — это метод, который использует транскрипты РНК для создания библиотеки. [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] Хотя RACE можно применять с 3'- или 5'-концом, 5'-конец чаще используется для TCR-seq. [ 4 ] Этот метод основан на добавлении к транскрипту общей 5'-адаптерной последовательности, что можно сделать несколькими различными способами. [ 11 ] [ 12 ] Один из способов — добавить адаптер после обратной транскрипции . Во время генерации обратной цепи ДНК из матрицы РНК прямой праймер добавляет последовательность, комплементарную 5'-адаптеру, что приводит к переключению матрицы. [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] Это позволяет включить 5'-адаптер в кДНК при образовании комплементарной последовательности. [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Праймеры могут быть разработаны для амплификации всей области от адаптера до константной области. [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] затем лигирование адаптера можно выполнить во второй реакции ПЦР. Поскольку теперь все различные транскрипты используют один и тот же адаптер, их можно амплифицировать с использованием одной пары праймеров. Таким образом, этот метод уменьшает погрешность амплификации и улучшает способность обнаруживать более необычные популяции TCR с большей уверенностью. [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] Однако, поскольку уровни транскрипции TCR различаются в разных клетках, этот метод не может обеспечить точное измерение количества различных типов Т-клеток в образце на основе только уровня транскриптов РНК. [ 4 ]

Секвенирование

[ редактировать ]

После создания библиотеки продукты можно секвенировать, как правило, с помощью секвенирования следующего поколения (NGS) . [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] Использование машин, способных к более длительному чтению и поддерживающих качество чтения на 3'-конце, важно, поскольку область CDR3 находится на 3'-конце транскрипта длиной примерно 500 пар оснований. [ 10 ]

Частота ошибок NGS представляет собой проблему для анализа репертуаров TCR. [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] Небольшие изменения TCR могут изменить их специфичность по отношению к антигенам. [ 10 ] и как таковые могут представлять интерес для исследователей. Однако ошибки в секвенировании могут привести к незначительным изменениям, которые можно интерпретировать как низкочастотную, отдельную популяцию TCR. [ 10 ] что является проблемой при анализе изменений в репертуаре TCR. Были предприняты усилия по установлению пороговых значений для исключения из анализа данных о низкой численности, а также по разработке алгоритмов для исправления этих ошибок. [ 10 ]

Приложения

[ редактировать ]

Как правило, данные, собранные в ходе TCR-seq, используются для сравнения репертуаров TCR либо у одного и того же пациента в разные моменты времени, либо между разными пациентами. [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] Недавние исследования изучили характеристики здорового репертуара и обнаружили высокую степень различий в уровнях и типах β-цепи TCR, хотя подмножество является общим для разных людей. [ 10 ] Однако еще предстоит доказать, что это разнообразие тесно коррелирует с какими-либо интересующими условиями, такими как уровень инфицирования или вероятность рецидива рака. [ 10 ] предполагая, что необходимы дальнейшие исследования.

Инфекционные заболевания

[ редактировать ]

Клональная экспансия Т-клеток позволяет иммунной системе бороться с различными инфекционными заболеваниями с высокой специфичностью. [ 13 ] Таким образом, понимание изменений, которые происходят в репертуаре Т-клеток после инфицирования, может помочь в ранней диагностике, мониторинге заболевания и разработке методов лечения. [ 5 ]

Синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД) — разрушительное заболевание, вызванное инфекцией вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) , которое приводит к гибели CD4+ Т-клеток. [ 14 ] и дисфункциональные CD8+ Т-клетки. [ 5 ] Недавние исследования показали, что увеличение разнообразия TCR может уменьшить разнообразие ВИЧ и ограничить прогрессирование заболевания. [ 5 ] [ 15 ] Секвенирование TCR также позволит улучшить понимание прогрессирования СПИДа и прогнозировать заболеваемость. [ 5 ] Кроме того, секвенирование репертуара TCR у людей с естественной защитой от инфекции СПИДа. [ 16 ] может помочь в разработке вакцины, ограничивающей дальнейшее распространение болезни [ 5 ]

Рак – это неконтролируемое размножение злокачественных клеток, которые могут распространиться по всему организму. [ 17 ] Это вызвано мутациями внутри раковой клетки, которые часто приводят к экспрессии мутантных белков, называемых неоантигенами . [ 5 ] [ 17 ] Идентификация этих неоантигенов имеет большую терапевтическую пользу, поскольку их можно использовать для воздействия на раковые клетки, не повреждая нормальные клетки. Поскольку CD8+ Т-клетки могут распознавать некоторые неоантигены в своих TCR, секвенирование репертуара TCR может помочь идентифицировать потенциальные биомаркеры рака . [ 5 ] Помимо идентификации биомаркеров, секвенирование репертуара TCR может также отслеживать изменения в прогрессировании рака, оценивать реакцию на иммунотерапию , [ 18 ] и оценить микроокружение опухоли на наличие условий, которые могут сделать возможным рост рака. [ 5 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с Пай, Джой А.; Сатпати, Ансуман Т. (август 2021 г.). «Высокопроизводительные технологии секвенирования одноклеточных Т-клеточных рецепторов» . Природные методы . 18 (8): 881–892. дои : 10.1038/s41592-021-01201-8 . ISSN   1548-7105 . ПМЦ   9345561 . ПМИД   34282327 .
  2. ^ Маршалл, Джин С.; Уоррингтон, Ричард; Уотсон, Уэйд; Ким, Гарольд Л. (12 сентября 2018 г.). «Введение в иммунологию и иммунопатологию» . Аллергия, астма и клиническая иммунология . 14 (2): 49. дои : 10.1186/s13223-018-0278-1 . ISSN   1710-1492 . ПМК   6156898 . ПМИД   30263032 .
  3. ^ «Т-клеточный рецептор» . www.cancer.gov . 2 февраля 2011 г. Проверено 28 февраля 2023 г.
  4. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и объявление но из в Розати, Элиза; Даудс, К. Мари; Ляску, Евагелия; Хенриксен, Ева Кристин Клемсдал; Карлсен, Том Х.; Франке, Андре (10 июля 2017 г.). «Обзор методологий анализа репертуара Т-клеточных рецепторов» . БМК Биотехнология . 17 (1): 61. дои : 10.1186/s12896-017-0379-9 . ISSN   1472-6750 . ПМК   5504616 . ПМИД   28693542 .
  5. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Маццотти, Люсия; Гаймари, Анна; Браваччини, Сара; Мальтони, Роберта; Черчионе, Клаудио; Хуан, Манель; Наварро, Европа Асусена-Гонсалес; Пасетто, Анна; Насименто Силва, Даниэла; Анкарани, Валентина; Самбри, Витторио; Калабро, Луана; Мартинелли, Джованни; Мацца, Массимилиано (2 августа 2022 г.). «Секвенирование репертуара Т-клеточных рецепторов и его применение: фокус на инфекционных заболеваниях и раке» . Международный журнал молекулярных наук . 23 (15): 8590. doi : 10.3390/ijms23158590 . ISSN   1422-0067 . ПМЦ   9369427 . ПМИД   35955721 .
  6. ^ Эбботт, Джоэл Д.; Болл, Джин; Бумпас, Димитриос; Бриджес, Стэнли Луи, ред. (2004), «Клональная экспансия» , Ревматология и иммунологическая терапия , Берлин, Гейдельберг: Springer, стр. 226–227, doi : 10.1007/3-540-29662-x_700 , ISBN  978-3-540-29662-1 , получено 28 февраля 2023 г.
  7. ^ Кумар, Брахма В.; Коннорс, Томас; Фарбер, Донна Л. (20 февраля 2018 г.). «Развитие, локализация и функционирование Т-клеток человека на протяжении всей жизни» . Иммунитет . 48 (2): 202–213. doi : 10.1016/j.immuni.2018.01.007 . ISSN   1074-7613 . ПМЦ   5826622 . ПМИД   29466753 .
  8. ^ Хуан, Хуан; Сикора, Майкл Дж.; Ислам, Сайфул; Чоудхури, Рошни Рой; Цзянь, Юэ-сю; Скриба, Томас Дж.; Дэвис, Марк М.; Штайнмец, Ларс М. (30 апреля 2019 г.). «Выборочное секвенирование клонально размноженных CD8 + Т-клеток выявляет пределы клональной экспансии» . Труды Национальной академии наук . 116 (18): 8995–9001. Бибкод : 2019PNAS..116.8995H . дои : 10.1073/pnas.1902649116 . ISSN   0027-8424 . ПМК   6500157 . ПМИД   30992377 .
  9. ^ Паукен, Кристен Э.; Лагаттута, Кейтлин А.; Лу, Бенджамин Ю.; Лукка, Лилиана Э.; Дауд, Адиль И.; Хафлер, Дэвид А.; Клюгер, Харриет М.; Райчаудхури, Сумья; Шарп, Арлин Х. (01 марта 2022 г.). «TCR-секвенирование при раке и аутоиммунитете: штрих-коды и не только» . Тенденции в иммунологии . 43 (3): 180–194. дои : 10.1016/j.it.2022.01.002 . ISSN   1471-4906 . ПМЦ   8882139 . ПМИД   35090787 .
  10. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и Вудсворт, Дэниел Дж.; Кастелларин, Мауро; Холт, Роберт А. (2013). «Анализ последовательностей репертуара Т-клеток в здоровье и болезни» . Геномная медицина . 5 (10): 98. дои : 10,1186/гм502 . ISSN   1756-994Х . ПМК   3979016 . ПМИД   24172704 .
  11. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Пай, Джой А.; Сатпати, Ансуман Т. (август 2021 г.). «Высокопроизводительные технологии секвенирования одноклеточных Т-клеточных рецепторов» . Природные методы . 18 (8): 881–892. дои : 10.1038/s41592-021-01201-8 . ISSN   1548-7105 . ПМЦ   9345561 . ПМИД   34282327 .
  12. ^ Jump up to: а б Йеку, Оладапо; Фроман, Майкл А. (2011). «Быстрая амплификация концов кДНК (RACE)» . РНК . Методы молекулярной биологии. Том. 703. С. 107–122. дои : 10.1007/978-1-59745-248-9_8 . ISBN  978-1-58829-913-0 . ISSN   1940-6029 . ПМИД   21125486 .
  13. ^ Кун, Рафаэль; Санду, Иоана; Аграфиотис, Андреас; Хун, Кай-Лин; Шлезингер, Даниэль; Неймайер, Дэниел; Мерклер, Дорон; Оксениус, Аннетт; Редди, Сай Т.; Ерманос, Александр (2022). «Клонально размноженные вирусспецифичные Т-клетки CD8 приобретают разнообразные транскрипционные фенотипы во время острых, хронических и латентных инфекций» . Границы в иммунологии . 13 : 782441. дои : 10.3389/fimmu.2022.782441 . ISSN   1664-3224 . ПМЦ   8847396 . ПМИД   35185882 .
  14. ^ Уэймак, Джеймс Р.; Сундарешан, Видья (2022 г.), «Синдром приобретенного иммунодефицита» , StatPearls , Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing, PMID   30725978 , получено 28 февраля 2023 г.
  15. ^ Пилкинтон, Марк А.; Макдоннелл, Вятт Дж.; Барнетт, Луиза; Чопра, Абха; Гангула, Рама; Уайт, Кэти Д.; Лири, Шей; Курренти, Дженнифер; Гаудьери, Сильвана; Маллал, Саймон А.; Каламс, Спирос А. (25 марта 2021 г.). «При хронической инфекции разнообразие рецепторов CD4+ Т-клеток, специфичных для вакцины ВИЧ, выше, чем разнообразие рецепторов Т-клеток CD8+, и связано с меньшим разнообразием квазивидов ВИЧ» . Журнал вирусологии . 95 (8): e02380–20. дои : 10.1128/JVI.02380-20 . ISSN   0022-538X . ПМЦ   8103689 . ПМИД   33536169 .
  16. ^ Кервеван, Жером; Чакрабарти, Лиза А. (07 января 2021 г.). «Роль CD4+ Т-клеток в контроле вирусных инфекций: последние достижения и открытые вопросы» . Международный журнал молекулярных наук . 22 (2): 523. doi : 10.3390/ijms22020523 . ISSN   1422-0067 . ПМЦ   7825705 . ПМИД   33430234 .
  17. ^ Jump up to: а б Ханахан, Дуглас; Вайнберг, Роберт А. (04 марта 2011 г.). «Признаки рака: следующее поколение» . Клетка . 144 (5): 646–674. дои : 10.1016/j.cell.2011.02.013 . ISSN   0092-8674 . ПМИД   21376230 . S2CID   13011249 .
  18. ^ Касаррубиос, М; Крус-Бермудес, А; Надаль, Э; Инса, А; Гарсиа Кампело, MDR; Лазаро, М; Домин, М; Маджем, М; Родригес-Абреу, защитник; Мартинес-Марти, А; де Кастро-Карпеньо, Дж; Кобо, М; Лопес-Виванко, Г; Дель Барко, Э; Бернабе Каро, R; Виньолас, Н.; Барнето Аранда, я; Витери, С; Массути, Б; Баркин, М; Лаза-Бривьеска, Р.; Сьерра-Родеро, Б; Парра, ER; Санчес-Эспиридион, Б; Роча, П; Кадара, Х; Вистуба, II; Ромеро, А; Лысый, В; Провенсио, М. (1 ноября 2021 г.). «Равномерность репертуара TCR тканей перед лечением связана с полным патологическим ответом у пациентов с НМРЛ, получающих неоадъювантную химиоиммунотерапию» . Клинические исследования рака . 27 (21): 5878–5890. дои : 10.1158/1078-0432.CCR-21-1200 . ПМЦ   9401519 . ПМИД   34376534 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: f28147af25353c266292c7208ca664bf__1721648040
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f2/bf/f28147af25353c266292c7208ca664bf.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Tcr-seq - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)