Het huidige protocol beschrijft een methode voor DNA-isolatie van bloedmonsters en darmbiopten, generatie van TCRβ- en IGH PCR-bibliotheken voor de volgende generatie sequencing, prestaties van een NGS-run en basisgegevensanalyse.
Methodenartikel
Het huidige protocol beschrijft een methode voor DNA-isolatie van bloedmonsters en darmbiopten, generatie van TCRβ- en IGH PCR-bibliotheken voor de volgende generatie sequencing, prestaties van een NGS-run en basisgegevensanalyse.
Immunologisch geheugen, het kenmerk van adaptieve immuniteit, wordt georkestreerd door T- en B-lymfocyten. In omloop en verschillende organen zijn er miljarden unieke T- en B-cel klonen, en elk kan een specifiek antigeen binden, wat leidt tot proliferatie, differentiatie en / of cytokinesecretie. De enorme heterogeniteit in T- en B-cellen wordt gegenereerd door willekeurige recombinatie van verschillende genetische segmenten. Next-generation sequencing (NGS) technologieën, ontwikkeld in het afgelopen decennium, maken een ongekend diepgaand beeld van het T- en B-celreceptor-immuunrepertoire mogelijk. Studies bij verschillende ontstekingsaandoeningen, immunodeficiënties, infecties en maligniteiten toonden duidelijke veranderingen aan in clonaliteit, gengebruik en biofysische eigenschappen van immuunrepertoire, wat belangrijke inzichten gaf over de rol van adaptieve immuunresponsen bij verschillende aandoeningen.
Hier bieden we een gedetailleerd protocol voor NGS van immuunrepertoire van T- en B-cellen uit bloed en weefsel. We presenteren een pijplijn die begint met DNA-isolatie door bibliotheekvoorbereiding, sequencing op NGS-sequencer en eindigt met basisanalyses. Deze methode maakt het mogelijk om specifieke T- en B-cellen op nucleotide- of aminozuurniveau te verkennen en kan zo dynamische veranderingen in lymfocytenpopulaties en diversiteitsparameters bij verschillende ziekten identificeren. Deze techniek komt langzaam in de klinische praktijk en heeft het potentieel voor identificatie van nieuwe biomarkers, risicostratificatie en precisiegeneeskunde.
Het adaptieve immuunsysteem, bestaande uit T- en B-lymfocyten, maakt gebruik van immunologisch geheugen om een eerder aangetroffen antigeen te herkennen en een snelle reactie te initiëren. Lymfocyten worden gegenereerd in het beenmerg en rijpen in de thymus (T-cellen) of het beenmerg (B-cellen). Zowel de T-celreceptor (TCR) als de B-celreceptor (BCR) vertonen unieke configuraties die herkenning van specifieke antigenen mogelijk maken. In homeostase circuleren en onderzoeken T- en B-cellen voortdurend de triljoenen verschillende peptiden die worden gepresenteerd op antigeen-presenterende cellen. TCR- of BCR-ligatie van een specifiek antigeen met een hoge affiniteit, samen met de juiste co-stimulatie, leidt tot celactivatie, wat resulteert in cytokinesecretie, klonale expansie en generatie van antilichamen, in het geval van B-cellen.
De enorme reeks van de verschillende T- of B-cellen wordt gezamenlijk immuunrepertoire genoemd, waardoor talloze verschillende epitopen kunnen worden herkennen. Om zo'n uitgebreid repertoire te genereren, vindt een complex proces van willekeurige assemblage van verschillende gensegmenten plaats, waardoor bijna eindeloze combinaties van receptoren ontstaan die unieke antigenen kunnen binden1. Dit proces, V(D)J recombinatie genoemd, omvat herschikkingen van verschillende variabele (V), diversiteit (D) en het samenvoegen van (J) genen, vergezeld van willekeurige deleties en invoegingen van nucleotiden in de knooppunten2.
De architectuur van het adaptieve immuunsysteem interesseert wetenschappers al tientallen jaren op verschillende gebieden. In het verleden werden Sanger-sequencing, complementaire bepalende regio 3 (CDR3) spectratypering en flowcytometrie gebruikt om het immuunrepertoire te karakteriseren, maar zorgden voor een lage resolutie. In het afgelopen decennium maakten de vooruitgang in next-generation sequencing (NGS) methoden diepgaand inzicht in de kenmerken en samenstelling van iemands TCR- en BCR-repertoires3,4. Deze HTS-sequentie (High Throughput Systems) sequentie en verwerken miljoenen herschikte TCR- of BCR-producten tegelijkertijd en maken een hoge-resolutieanalyse van specifieke T- en B-cellen op nucleotide- of aminozuurniveau mogelijk. NGS biedt een nieuwe strategie om het immuunrepertoire in zowel gezondheid als ziekte te bestuderen. Studies met HTS toonden veranderde TCR- en BCR-repertoires aan bij auto-immuunziekten5, primaire immunodeficiënties6,7en maligniteiten, zoals bij acute myeloïde leukemie8. Met behulp van NGS hebben wij en anderen oligoklonale expansie van specifieke T- en B-celklonen aangetoond, bij patiënten met inflammatoire darmziekte (IBD), waaronder colitis ulcerosa en de ziekte van Crohn9,10,11,12,13,14. Over het algemeen suggereren studies uit verschillende gebieden dat veranderingen in het repertoire een cruciale rol spelen bij de pathogenese van immuungemedieerde aandoeningen.
Het huidige protocol beschrijft een methode voor isolatie van DNA uit intestinale biopten en bloed, het genereren van TCRβ- en IGH PCR-bibliotheken voor NGS en de prestaties van sequencing run. We bieden ook basisstappen in de analyse van immuunrepertoiregegevens. Dit protocol kan ook worden toegepast voor het genereren van TCRα-, TCRγ- en IGL-bibliotheken. De methode is ook compatibel met andere organen (bijv. lymfeklieren, tumoren, synoviale vloeistof, vetweefsel, enz.) zolang weefselspecifieke spijsverteringsprotocollen worden gebruikt.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Deze studie werd goedgekeurd door de institutionele beoordelingscommissie van het Sheba Medical Center en er werd geïnformeerde schriftelijke toestemming verkregen van alle deelnemende proefpersonen.
1. DNA-isolatie en kwantificering
2. Bibliotheekvoorbereiding
OPMERKING: Het huidige protocol maakt gebruik van een multiplex, PCR-gebaseerde testkit die compatibel is met NGS-sequencers. De kit bevat 24 verschillende indexen die elk gericht zijn op geconserveerde regio's binnen deV-β en deJ-β regio's. Dit maakt een PCR-reactie in één stap mogelijk en het bundelen van verschillende monsters. Zie de tabel met materialen voor meer informatie.
3. Amplicon zuivering en kwantificering
4. Next-generation sequencing
5. Sequencing analyse
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Hierin beschrijven we een methode voor DNA-isolatie uit darmweefsel en bloed, voorbereiding van bibliotheken voor NGS en basisstappen van een sequencingrun voor immuunrepertoiresequenties. De run genereert fastq-bestanden, die verder kunnen worden geconverteerd naar fasta-bestanden voor gebruik in het internationale ImMunoGeneTics (IMGT)/HighV-QUEST-platform. Deze HTS voert en beheert vele analyses van tienduizenden herschikte TCRβ- en IGH-sequenties, op nucleotideniveau15. IMGT/HighV-QUEST maakt ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Veranderingen in overvloed en functie van B- en T-lymfocyten worden vaak aangetroffen in verschillende maligniteiten18, chronische ontstekingsstoornissen (bijv. colitis ulcerosa en reumatoïde artritis)10,19, en in verschillende immunodeficiënties17,20. De huidige methode maakt gebruik van NGS om een diepgaand beeld van TCR- en BCR-repertoires te vergemakkelijken, waardoor subtiele ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle auteurs hebben niets te onthullen.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 2-propanol | Sigma | I9516-500ML | |
| 1.7 mL micro-centrifuge tubes | Axygen | 8187631104051 | |
| 15 mL centrifuge tubes | Greiner | 188261 | |
| Absolute ethanol | Merck | 1.08543.0250 | |
| Amplitaq Gold | Thermo Fisher | N8080241 | |
| AMPure XP Beads | Beckman Coulter | A63881 | |
| Heat block | Bioer | Niet van toepassing | |
| High Sensitivity D1000 Sample Buffer | Agilent | 5067-5603 | Voor Tapestation |
| High Sensitivity D1000 ScreenTape | Agilent | 5067-5584 | Voor Tapestation. Buizen apart verkrijgbaar |
| Lymphotrack Assay kit | Invivoscribe | TRB: 70-91210039 IGH: 70-92250019 | Elk inclusief 24 indexen |
| MiSeq Reagent Kit v2 (500 cycli) | Illumina | MS-102-2003 | Inclusief standaard flow cell type en alle benodigde reagentia |
| MiSeq Sequencer | Illumina | SY-410-1003 | |
| PCR strips | 4titude | 4ti-0792 | |
| Proteinase K | Invitrogen | EO0491 | |
| Qubit 4 Fluorometer | Thermo Fisher | Q33226 | |
| Qubit dsDNA HS Assay Kit | Thermo Fisher | Q32854 | Inclusief buffer, kleurstof, standaarden en gespecialiseerde buizen |
| Shaker | Biosan | Niet van toepassing | |
| Tapestation 2100 Bioanalyzer | Agilent | G2940CA | |
| ultra pure water | Bio-lab | 7501 | |
| Wizard DNA isolation kit | Promega | A1120 | Inclusief cel lysis oplossing, nuclei lysis oplossing en eiwit precipitatie buffer |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen