Il sistema immunitario adattivo, composto da linfociti T e B, utilizza la memoria immunologica per riconoscere un antigene precedentemente incontrato e avviare una risposta rapida. I linfociti sono generati nel midollo osseo e maturano nel timo (cellule T) o nel midollo osseo (cellule B). Sia il recettore delle cellule T (TCR) che il recettore delle cellule B (BCR) mostrano configurazioni uniche che consentono il riconoscimento di antigeni specifici. Nell'omeostasi, le cellule T e B circolano e rilevano costantemente i trilioni di diversi peptidi presentati sulle cellule che presentano antigeni. La legazione TCR o BCR di un antigene specifico ad alta affinità, insieme ad un'adeguata co-stimolazione, porta all'attivazione cellulare, con conseguente secrezione di citochine, espansione clonale e generazione di anticorpi, nel caso delle cellule B.
L'enorme gamma delle diverse cellule T o B è collettivamente definita repertorio immunitario, consentendo il riconoscimento di innumerevoli epitopi diversi. Al fine di generare un repertorio così vasto, si svolge un complesso processo di assemblaggio casuale di diversi segmenti genico, creando combinazioni quasi infinite di recettori in grado di legare antigeniunici 1. Questo processo, chiamato ricombinazione V(D)J, include riarrangiamenti di diversi geni variabili (V), diversità (D) e unione (J), accompagnati da deezioni casuali e inserimenti di nucleotidi nellegiunzioni 2.
L'architettura del sistema immunitario adattivo ha interessato scienziati in diversi campi per molti decenni. In passato, il sequenziamento di Sanger, lo spettrotipizzazione complementare della regione determinante 3 (CDR3) e la citometria del flusso erano usati per caratterizzare il repertorio immunitario, ma fornivano una bassa risoluzione. Nell'ultimo decennio, i progressi nei metodi di sequenziamento di nuova generazione (NGS) hanno permesso una visione approfondita delle caratteristiche e della composizione dei repertori TCR e BCR di unindividuo 3,4. Questi sistemi ad alta produttività (HTS) sequenziano ed elaborano contemporaneamente milioni di prodotti TCR o BCR riorganizzati e consentono un'analisi ad alta risoluzione di specifiche cellule T e B a livello di nucleotide o amminoacidi. NGS fornisce una nuova strategia per studiare il repertorio immunitario sia in salute che in malattia. Gli studi che utilizzano HTS hanno dimostrato repertori TCR e BCR alterati nelle malattie autoimmuni5,immunodeficienze primarie6,7e neoplasie maligne, come nella leucemia mieloide acuta8. Utilizzando NGS, noi e altri abbiamo mostrato l'espansione oligoclonale di specifici cloni cellulari T e B, in pazienti con malattia infiammatoria intestinale (IBD), tra cui colite ulcerosa e malattia di Crohn9,10,11,12,13,14. Nel complesso, studi provenienti da diversi campi suggeriscono che i cambiamenti nel repertorio hanno un ruolo cruciale nella patogenesi dei disturbi immuno-mediati.
L'attuale protocollo descrive un metodo per l'isolamento del DNA dalle biopsie intestinali e dal sangue, la generazione di librerie PCR TCRβ e IGH per NGS e le prestazioni di sequenziamento. Forniamo anche passaggi di base nell'analisi dei dati del repertorio immunitario. Questo protocollo può essere applicato anche per la generazione di librerie TCRα, TCRγ e IGL. Il metodo è anche compatibile con altri organi (ad esempio linfonodi, tumori, liquido sinoviale, tessuto adiposo, ecc.) purché siano utilizzati protocolli di digestione specifici per i tessuti.