我们来啦,解读关于TCR测序小知识!

 导读:

上期我们进行了BCR的技术解读,这期我们来继续聊一聊那些关于TCR测序的小知识!

故事要高中生物谈起,我们都知道皮肤是人体最大的器官,作为免疫系统的一部分,阻挡外源侵害性物质进入机体。然而被动防御的作用力极其有限,保护地盘还得看主动免疫系统,也就是B细胞介导的体液免疫和T细胞介导的细胞免疫。这两都是通过先识别“非已”,再发挥杀伤作用的,可见识别“非己”是清除敌人的绝对前提。这就谈到了发挥识别作用的主力,BCR(游离的免疫球蛋白)和TCR(长在T细胞表面的犄角)。想要害人的妖怪千千万万种,于是BCR和TCR也在进化中修炼了千变万化大法,专业名词曰“多样性”,形成机制曰“基因重组”。


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   TCR和TCR组库    

TCR ,全称T-cell receptor,是位于成熟T细胞表面的异源二聚体蛋白,特异性的识别主要组织相容性复合物(MHC)呈递的抗原多肽,引发T细胞介导的细胞免疫应答。
 
每个成熟T细胞表面会表达αβ型或γδ型其中一种特定序列的TCR。一个个体在某个时间内,体内所有功能性的T细胞的总和,就是TCR repertoire(TCR组库),反应了机体在特定时间段内应答外界刺激的能力。

由上图我们可知,TCR蛋白的两条多肽链可以按功能分区,分别为可变区、恒定区、跨膜结构域和胞内区。可变区中的互补决定区(complementarity determining regions CDR)是决定抗原识别对象的区域,因为这个CDR区多肽序列和结构的高度多变,T细胞能够识别成不同的抗原分子,是机体强大免疫能力的基础之一。

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   TCR的多样性   

T细胞的发育经过复杂的历程。在胚胎发育的过程中,骨髓中的造血干细胞迁移到胸腺内分化发育。发育成熟的native T细胞随后迁移到淋巴结、脾脏等外周淋巴器官,等待抗原的刺激。


T 细胞受体是由α链和β链组成的。TCR 转录子是通过基因组里的α链或β链上的 V,(D),J 基因随机排序出来的。抗原主要的结合区 CDR3 (Complementarity Determining Region 3),在V-D、D-J和V-J基因片段的连接点处还会有非模板核苷酸的随机插入或缺失(N-diversitymechanisms),进一步增加了CDR区的多样性。所以每个人的 T 细胞受体就会有很高的多样性,这样就造成了 T 细胞受体的种类理论上会高达1018 种。然而实际上受到某些机制的约束(例如受到位置效应的影响,重排并非完全随机;例如胸腺的阴阳性筛选过程会杀掉大部分的T细胞),人体的TCR多样性约可以达到1013数量级。所以对健康的人和病人的 T 细胞受体测序是做好预防医学和个性化治疗的基础。

 



T细胞通过胚系DNA在特定基因座的体细胞重组,实现了在有限的基因组大小内,编码近乎无穷种的受体,以应对潜在的高度多样性的非自身抗原。

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   TCR的多样性会随着年龄的增加而降低   

前面提到TCR repertoire,正是因为native T细胞形成以后,会受到多种环境因素的影响,表现出动态的变化。例如研究发现,个体TCR repertoire的多样性会随着年龄的增加而降低。


在出生早期,当人类第一次遇到许多抗原时,T细胞会对多种急性感染的病原体进行清除,产生记忆反应,并对无害的外源抗原建立耐受性。儿童时期后,T细胞库更加稳定,急性感染和记忆生成减少。在几十年的成年生活中,T细胞通过控制慢性感染、监视癌细胞和维持适当的免疫调节来维持机体内的稳态。最后,在老年时期,T细胞功能下降,发生免疫衰老,随之并相应地容易引发感染、癌症和自身免疫性疾病,同时严重程度也更高

如下图,艾沐蒽研究表明,年龄越大,T细胞也随之大幅衰老,TCR多样性也越来越少。而40岁后,T细胞的衰老、多样性减少的速度都会变快。



其他因素,包括疫苗、药物、疾病状态等均会影响到T细胞的选择性扩增,因此特定状态下的TCR repertoire可以作为个体对疾病响应的反馈。

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  TCR repertoire的研究发展  

免疫组库的多样性对机体健康至关重要。TCR repertoire 的多样性越高,则免疫系统的功能越强,反之亦然。

现在随着NGS成本的大幅下降,助推了TCR repertoire 测序的热情,也推动了生信算法和统计工具的开发,以最大化地挖掘NGS数据的价值。

传统的研究TCR repertoire的方法主要是基于荧光镜检、PCR峰图分析或者谱型分析技术。这些方法都存在诸多限制,包括分辨率低,无法获得序列信息等。


NGS技术的发展,使得在短时间内低成本地获取大量序列数据成为可能,并且不需要提前确知它是什么,就可以拿到大量的序列信息。这也使我们能够打破原有的技术壁垒,对个体和群体的TCR repertoire 进行深入、全面的分析


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  艾沐蒽 ImmuHub®技术方法  

ImmuHub®技术平台是基于第二代高通量基因测序(NGS)平台利用5’RACE或多重PCR技术,使我们能直接从基因组RNA或DNA来扩增TCR/BCR的全长序列或CDR3区序列,从而进行高通量测序和数据分析。是艾沐蒽开发的一套灵活度极高的TCR/BCR二代测序平台

ImmuHub®提供了真正捕获免疫系统所需要的深度和广度。TCR/BCR作为T/B细胞克隆的一个独特性标记,能够随着时间的变化来跟踪T细胞和B细胞,表征免疫系统的多样性,并评估反应疾病和治疗的动态情况,如免疫组测序提供的一个有价值的指标是克隆性,这是一种检测受体序列在群体中分别均匀程度的方法,可以量化免疫系统对一组特定抗原的集中程度。

图四


什么是ImmuHub®技术?



关于艾沐蒽

杭州艾沐蒽生物科技有限公司由美国芝加哥大学科研团队回国创办,是一家专注于通过解码适应性免疫系统来改变疾病的诊断和治疗,并致力于推进免疫驱动医学领域发展的国家高新技术企业。艾沐蒽站在适应性免疫系统研究的最前沿,自主研发的免疫医学平台可揭示和翻译适应性免疫系统的遗传密码,并能应用于癌症、自身免疫性疾病、传染性疾病等免疫介导性疾病的诊断、监测和治疗中。



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