TCR测序,如何挖掘VDJ基因分析?

艾沐蒽ImmuHub®的深度分析提供20余种测序分析项目,今天的专题主要介绍V/D/J基因片段使用频率分析。V/D/J基因片段使用频率分析可以直观的展示单个样本、多组或多个样本间不同V/D/J基因片段基因表达水平的差异,从而帮助我们精准的捕捉免疫微环境的变化。

V/D/J基因频率分布饼状图

对各样本中鉴定到的V/D/J基因片段进行频率计算,分别绘制 V/D/J 基因表达的2D饼状图。饼状图可以直观的展示多个基因在单个样本中的表达水平。面积越大,表示该种V/D/J基因片段的频率越高。

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图1



V/D/J基因使用频率heatmap图

对多组或多个不同样本的V/D/J基因使用频率,做heatmap图。heatmap图通过颜色的梯度及相似程度来反映数据的相似性和差异性,展示多个基因在不同样本中的表达水平。暖色(红色)表示高频,冷色(蓝色)表示低频;颜色越相近,表示不同组或不同样本间在该基因的表达上相似程度越高。

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图2



V/J基因使用频率丰度差异分析

对多组或多个不同样本的V/J基因使用频率丰度进行差异分析,蓝线为P=0.01,在蓝线以下,表示极显著差异;红线为p=0.05。在红线以下,表示存在显著差异,以上表示基因使用频率无显著差异。

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图3



显著性差异V/J基因的使用频率箱线图

对多组样本中有显著性差异的V/J基因使用频率,绘制箱线图。箱线图用于反映一组或多组数据分布的中心位置和散布范围,揭示组间数据的离散程度、异常值和分布差异等。如下图所示,箱子的中线代表了B组和C组TRBV18、TRBV25、TRBV28、TRBV30表达的中游水平,而其中TRBV28的表达更高;箱子的上下限分别是频率的上四分位数和下四分位数,在一定程度上反映了频率数据的波动程度,箱体越短说明频率数据越集中;箱体包含了大部分的正常数据,而在箱体上下边界之外的是异常数据;呈标准正态分布的样本,箱线图盒子关于中位线对称,而中位数越偏离中心位置的分布偏态性越强。

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图4

应用

T细胞受体(TCR)免疫库与宿主免疫反应密切相关。一篇名为”Intrahepatic T-Cell Receptor β Immune Repertoire Is Essential for Liver Regeneration”的研究论文,通过TCRβ测序技术对肝部分切除术(PHx)缺陷小鼠的肝再生进行研究。


为了评估肝再生过程中肝内αβT细胞中 TCRβ 免疫库的变化,对四组(PHx前和PHx 后6小时,实验组和对照组)样本进行TCRβ高通量测序,检测到所有样品的23种不同Vβ基因片段和13种不同Jβ基因片段。


频率最高的Vβ基因片段是TRBV13-2(PHx前17.82%,PHx后20.76%)和TRBV1(PHx前 17.67%,PHx后 20.43%)。频率最高的的Jβ基因片段是TRBJ2-7(PHx前24.60%,PHx后22.79%)和TRBJ2-5(PHx前14.52%,PHx后12.84%)(图5C)。如图5D所示,根据Vβ和Jβ基因片段的使用频率生成热图。在PHx之前和之后,大多数Vβ 和Jβ基因片段的使用是相似的(图5E),而一些Vβ基因片段的使用率在 PHx之后具有显著性差异,包括TRBV1、TRBV13-2、TRBV12-2、TRBV3和 TRBV5(图5F)。

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图5

图5:PHx前(0 h)和后(6 h)TCRβ中V和J基因的分布和丰度。(C) 所有已识别的 V 和 J 基因片段使用的平均分布。(D) 肝再生过程中 V(右)和 J(左)基因使用的热图。(E) V 基因片段使用前肝切除术和肝切除术后的丰度差异。(F) V基因片段使用频率有显着差异(P<0.05)。

参考文献:Liang Q, Liu Z, Zhu C, Wang B, Liu X, Yang Y, Lv X, Mu H, Wang K. Intrahepatic T-Cell Receptor β Immune Repertoire Is Essential for Liver Regeneration.Hepatology. 2018 Nov;68(5):1977- 1990. 

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