Obecny protokół opisuje metodę izolacji DNA z próbek krwi i biopsji jelitowych, generowania bibliotek TCRβ i IGH PCR do sekwencjonowania nowej generacji, wykonywania przebiegu NGS i podstawowej analizy danych.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół opisuje metodę izolacji DNA z próbek krwi i biopsji jelitowych, generowania bibliotek TCRβ i IGH PCR do sekwencjonowania nowej generacji, wykonywania przebiegu NGS i podstawowej analizy danych.
Pamięć immunologiczna, cecha charakterystyczna odporności adaptacyjnej, jest zarządzana przez limfocyty T i B. W krążeniu i różnych narządach znajdują się miliardy unikalnych klonów komórek T i B, a każdy z nich może wiązać określony antygen, co prowadzi do proliferacji, różnicowania i/lub wydzielania cytokin. Ogromna heterogeniczność limfocytów T i B jest generowana przez losową rekombinację różnych segmentów genetycznych. Technologie sekwencjonowania nowej generacji (NGS), opracowane w ostatniej dekadzie, umożliwiają bezprecedensowy dogłębny wgląd w repertuar immunologiczny receptorów limfocytów T i B. Badania nad różnymi stanami zapalnymi, niedoborami odporności, infekcjami i nowotworami złośliwymi wykazały wyraźne zmiany w klonalności, wykorzystaniu genów i właściwościach biofizycznych repertuaru immunologicznego, dostarczając ważnych informacji na temat roli adaptacyjnych odpowiedzi immunologicznych w różnych zaburzeniach.
Tutaj udostępniamy szczegółowy protokół dla NGS repertuaru immunologicznego limfocytów T i B z krwi i tkanek. Przedstawiamy proces rozwoju począwszy od izolacji DNA, poprzez przygotowanie biblioteki, sekwencjonowanie na sekwenatorze NGS, a skończywszy na podstawowych analizach. Metoda ta umożliwia eksplorację specyficznych limfocytów T i B na poziomie nukleotydów lub aminokwasów, a tym samym może identyfikować dynamiczne zmiany w populacjach limfocytów i parametry różnorodności w różnych chorobach. Technika ta powoli wchodzi do praktyki klinicznej i ma potencjał w zakresie identyfikacji nowych biomarkerów, stratyfikacji ryzyka i medycyny precyzyjnej.
Adaptacyjny układ odpornościowy, składający się z limfocytów T i B, wykorzystuje pamięć immunologiczną do rozpoznawania wcześniej napotkanego antygenu i inicjowania szybkiej odpowiedzi. Limfocyty są wytwarzane w szpiku kostnym i dojrzewają w grasicy (limfocyty T) lub szpiku kostnym (limfocyty B). Zarówno receptor limfocytów T (TCR), jak i receptor limfocytów B (BCR) wykazują unikalne konfiguracje, które umożliwiają rozpoznawanie określonych antygenów. W homeostazie limfocyty T i B stale krążą i badają biliony różnych peptydów prezentowanych na komórkach prezentujących antygen. Ligacja TCR lub BCR specyficznego antygenu o wysokim powinowactwie, wraz z odpowiednią kostymulacją, prowadzi do aktywacji komórek, w wyniku której dochodzi do wydzielania cytokin, ekspansji klonalnej i wytwarzania przeciwciał, w przypadku limfocytów B.
Ogromna liczba różnych limfocytów T lub B jest zbiorczo określana jako repertuar immunologiczny, umożliwiający rozpoznawanie niezliczonych różnych epitopów. Aby wygenerować tak szeroki repertuar, zachodzi złożony proces losowego składania różnych segmentów genów, tworzący niemal nieskończone kombinacje receptorów, które mogą wiązać unikalne antygeny1. Proces ten, zwany rekombinacją V(D)J, obejmuje rearanżacje różnych genów zmiennych (V), różnorodności (D) i łączenia (J), którym towarzyszą losowe delecje i insercje nukleotydów w złączach2.
Architektura adaptacyjnego układu odpornościowego od wielu dziesięcioleci interesuje naukowców z różnych dziedzin. W przeszłości sekwencjonowanie Sangera, komplementarne spekkratyzowanie regionu 3 (CDR3) i cytometria przepływowa były używane do charakteryzowania repertuaru immunologicznego, ale zapewniały niską rozdzielczość. W ciągu ostatniej dekady postępy w metodach sekwencjonowania nowej generacji (NGS) umożliwiły dogłębny wgląd w charakterystykę i skład indywidualnego repertuaru TCR i BCR3,4. Te wysokoprzepustowe systemy (HTS) sekwencjonują i przetwarzają jednocześnie miliony przegrupowanych produktów TCR lub BCR i umożliwiają analizę w wysokiej rozdzielczości określonych limfocytów T i B na poziomie nukleotydów lub aminokwasów. NGS zapewnia nową strategię badania repertuaru immunologicznego zarówno w zdrowiu, jak i chorobie. Badania z wykorzystaniem HTS wykazały zmieniony repertuar TCR i BCR w chorobach autoimmunologicznych5, primary immunodeficiencys6,7 i nowotworach złośliwych, takich jak ostra białaczka szpikowa8. Korzystając z NGS, my i inni wykazaliśmy oligoklonalną ekspansję specyficznych klonów komórek T i B u pacjentów z nieswoistymi zapaleniami jelit (IBD), w tym wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego i chorobą Leśniowskiego-Crohna9,10,11,12,13,14. Ogólnie rzecz biorąc, badania z różnych dziedzin sugerują, że zmiany w repertuarze odgrywają kluczową rolę w patogenezie zaburzeń o podłożu immunologicznym.
Obecny protokół opisuje metodę izolacji DNA z biopsji jelita i krwi, generowania bibliotek TCRβ i IGH PCR dla NGS oraz wykonywania sekwencjonowania. Zapewniamy również podstawowe kroki w analizie danych z repertuaru immunologicznego. Protokół ten może być również stosowany do generowania bibliotek TCRα, TCRγ i IGL. Metoda jest również kompatybilna z innymi narządami (np. węzłami chłonnymi, nowotworami, płynem maziowym, tkanką tłuszczową itp.), o ile stosowane są protokoły trawienia specyficzne dla tkanek.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
To badanie zostało zatwierdzone przez instytucjonalną komisję rewizyjną w Sheba Medical Center, a wszyscy uczestniczący w nim uzyskali świadomą pisemną zgodę.
1. Izolacja i kwantyfikacja DNA
2. Przygotowanie biblioteki
UWAGA: Obecny protokół wykorzystuje multipleksowy, oparty na PCR zestaw testowy kompatybilny z sekwencerami NGS. Zestaw zawiera 24 różne indeksy, z których każdy jest ukierunkowany na regiony konserwatywne w regionachβ V i Jβ. Umożliwia to jednoetapową reakcję PCR i łączenie różnych próbek. Szczegółowe informacje można znaleźć w tabeli materiałów.
3. Oczyszczanie i kwantyfikacja amplikonu
4. Sekwencjonowanie nowej generacji
5. Analiza sekwencjonowania
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Tutaj opisujemy metodę izolacji DNA z tkanki jelitowej i krwi, przygotowanie bibliotek dla NGS oraz podstawowe kroki sekwencjonowania dla sekwencjonowania repertuaru immunologicznego. Przebieg wygeneruje pliki fastq, które mogą być dalej konwertowane na pliki fasta do użytku na międzynarodowej platformie ImMunoGeneTics (IMGT)/HighV-QUEST. Ten HTS wykonuje i zarządza wieloma analizami dziesiątek tysięcy przegrupowanych sekwencji TCRβ i IGH na poziomie nukleotydów15. IMGT/HighV-QUEST umożliwia anali...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zmiany w liczebności i funkcji limfocytów B i T są często spotykane w różnych nowotworach złośliwych18, przewlekłych chorobach zapalnych (np. wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego i reumatoidalnym zapaleniu stawów)10,19 oraz w różnych niedoborach odporności17,20. Obecna metoda wykorzystuje NGS, aby ułatwić dogłębny wgląd w repertuar TCR i BCR, umożliwiając wykrycie subtelnych zmia...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszyscy autorzy nie mają nic do ujawnienia.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 2-propanol | Sigma | I9516-500ML | |
| 1,7 ml mikroprobówki | wirówkowe Axygen | 8187631104051 | |
| 15 ml | Greiner | 188261 | |
| Absolutny etanol | Merck | 1.08543.0250 | |
| Koraliki Amplitaq Gold | Thermo Fisher | N8080241 | |
| AMPure XP | Beckman Coulter | A63881 | |
| Blok ciepła | Bioer | Nie dotyczy | |
| Bufor próbki o wysokiej czułości D1000 | Agilent | 5067-5603 | Do stacji taśmowej |
| Taśma ekranowa o wysokiej czułości D1000 | Agilent | 5067-5584 | Do stacji taśmowej. Probówki sprzedawane osobno |
| Zestaw do oznaczania Lymphotrack | Invivoscribe | TRB: 70-91210039 IGH: 70-92250019 | Każdy zawiera 24 indeksy |
| MiSeq Reagent Kit v2 (500 cykl) | Illumina | MS-102-2003 | Zawiera standardowy typ komory przepływowej i wszystkie wymagane odczynniki |
| MiSeq Sequencer | Illumina | SY-410-1003 | |
| Paski PCR | 4titude | 4ti-0792 | |
| Proteinaza K | Invitrogen | EO0491 | |
| Fluorometr Qubit 4 | Thermo Fisher | Q33226 | |
| Zestaw testowy Qubit dsDNA HS | Thermo Fisher | Q32854 | Zawiera bufor, barwnik, wzorce i specjalistyczne probówki Shaker |
| Biosan | Nie dotyczy | ||
| Bioanalizator Tapestation 2100 | Agilent | G2940CA | |
| ultra czysta woda | Bio-lab | 7501 | |
| Zestaw do izolacji DNA Wizard | Promega | A1120 | Zawiera roztwór do lizy komórek, roztwór do lizy jąder i bufor do wytrącania białek |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie