Текущий протокол описывает метод выделения ДНК из образцов крови и биопсии кишечника, генерацию библиотек TCRβ и IGH PCR для секвенирования следующего поколения, производительность запуска NGS и анализ основных данных.
Методическая статья
Текущий протокол описывает метод выделения ДНК из образцов крови и биопсии кишечника, генерацию библиотек TCRβ и IGH PCR для секвенирования следующего поколения, производительность запуска NGS и анализ основных данных.
Иммунологическая память, отличительная черта адаптивного иммунитета, управляется Т- и В-лимфоцитами. В кровообращении и различных органах существуют миллиарды уникальных клонов Т- и В-клеток, и каждый из них может связывать определенный антиген, что приводит к пролиферации, дифференцировке и / или секреции цитокинов. Огромная гетерогенность т- и в-в-клеток порождается случайной рекомбинацией различных генетических сегментов. Технологии секвенирования следующего поколения (NGS), разработанные в последнее десятилетие, позволяют беспрецедентно глубоко взглянуть на иммунный репертуар рецепторов Т- и В-клеток. Исследования различных воспалительных состояний, иммунодефициентов, инфекций и злокачественных новообразований продемонстрировали заметные изменения в клональности, использовании генов и биофизических свойствах иммунного репертуара, предоставляя важную информацию о роли адаптивных иммунных реакций при различных расстройствах.
Здесь мы предоставляем подробный протокол для NGS иммунного репертуара Т- и В-клеток из крови и тканей. Мы представляем конвейер, начиная от выделения ДНК через подготовку библиотеки, секвенирование на секвенсоре NGS и заканчивая базовыми анализами. Этот метод позволяет исследовать специфические Т- и В-клетки на нуклеотидном или аминокислотном уровне и, таким образом, может идентифицировать динамические изменения в популяциях лимфоцитов и параметры разнообразия при различных заболеваниях. Этот метод медленно входит в клиническую практику и имеет потенциал для идентификации новых биомаркеров, стратификации риска и точной медицины.
Адаптивная иммунная система, состоящая из Т- и В-лимфоцитов, использует иммунологическую память для распознавания ранее встречавщегося антигена и инициирования быстрого ответа. Лимфоциты генерируются в костном мозге и созревают в тимусе (Т-клетки) или костном мозге (В-клетки). Как рецептор Т-клеток (TCR), так и рецептор B-клеток (BCR) демонстрируют уникальные конфигурации, которые позволяют распознать специфические антигены. В гомеостазе Т- и В-клетки постоянно циркулируют и исследуют триллионы различных пептидов, представленных на антигенпрезентирующих клетках. TCR или BCR лигирование специфического антигена с высоким сродством вместе с соответствующей костимуляцией приводит к активации клеток, что приводит к секреции цитокинов, клональной экспансии и генерации антител, в случае В-клеток.
Огромный массив различных Т- или В-клеток в совокупности называется иммунным репертуаром, что позволяет распознавать бесчисленное множество различных эпитопов. Для того, чтобы сформировать такой обширный репертуар, происходит сложный процесс случайной сборки различных сегментов генов, создавая почти бесконечные комбинации рецепторов, которые могут связывать уникальные антигены1. Этот процесс, называемый рекомбинацией V(D)J, включает в себя перегруппировки различных переменных (V), разнообразия (D) и соединения (J) генов, сопровождающиеся случайными делециями и вставками нуклеотидов в соединения2.
Архитектура адаптивной иммунной системы интересует ученых в разных областях на протяжении многих десятилетий. В прошлом секвенирование Сэнгера, комплементарное определение области 3 (CDR3) спектротипирование и проточная цитометрия использовались для характеристики иммунного репертуара, но обеспечивали низкое разрешение. В последнее десятилетие достижения в методах секвенирования следующего поколения (NGS) позволили глубоко понять характеристики и состав репертуаров TCR и BCR человека3,4. Эти высокопроизводительные системы (HTS) последовательно и обрабатывают миллионы перестроенные продукты TCR или BCR одновременно и позволяют проводить анализ с высоким разрешением конкретных Т- и В-клеток на уровне нуклеотидов или аминокислот. NGS предоставляет новую стратегию для изучения иммунного репертуара как в здоровье, так и в болезни. Исследования с использованием HTS продемонстрировали измененные репертуары TCR и BCR при аутоиммунных заболеваниях5,первичных иммунодефициозах6,7и злокачественных новообразованиях, таких как острый миелоидный лейкоз8. Используя NGS, мы и другие показали олигоклональное расширение специфических Т- и В-клеточных клонов у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК), включая язвенный колит и болезнь Крона9,10,11,12,13,14. В целом, исследования из разных областей показывают, что изменения в репертуаре играют решающую роль в патогенезе иммуноопосредованных расстройств.
Текущий протокол описывает метод выделения ДНК из биопсии кишечника и крови, генерацию библиотек TCRβ и IGH PCR для NGS и выполнение секвенирования. Мы также предоставляем основные этапы анализа данных иммунного репертуара. Этот протокол также может применяться для генерации библиотек TCRα, TCRγ и IGL. Метод также совместим с другими органами (например, лимфатическими узлами, опухолями, синовиальной жидкостью, жировой тканью и т. д.), если используются тканеспецифические протоколы пищеварения.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Это исследование было одобрено институциональным наблюдательным советом в Медицинском центре Шиба, и было получено информированное письменное согласие от всех участвующих субъектов.
1. Выделение и количественная оценка ДНК
2. Подготовка библиотеки
ПРИМЕЧАНИЕ: Текущий протокол использует мультиплексный набор для анализа на основе ПЦР, совместимый с секвенсорами NGS. Комплект содержит 24 различных индекса, каждый из которых ориентирован на сохраненные регионы врегионах V β и Jβ. Это позволяет проводить одношаговую реакцию ПЦР и объединение различных образцов. Подробности смотрите в таблице материалов.
3. Очистка и количественная оценка ампликона
4. Секвенирование нового поколения
5. Анализ последовательности
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Здесь мы описываем метод выделения ДНК из кишечной ткани и крови, подготовку библиотек для NGS и основные этапы секвенирования для секвенирования для секвенирования иммунного репертуара. Запуск будет генерировать файлы fastq, которые могут быть в дальнейшем преобразованы в файлы fasta для использования в международной платформе ImMunoGeneTics (IMGT)/HighV-QUEST. Эта HTS выполняет и управляет многими анализами десятков тысяч перестроеностей TCRβ и IGH на нуклеотидном уровне15. IMGT/HighV-QUEST позв...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Изменения в обилии и функции В- и Т-лимфоцитов часто встречаются при различных злокачественных новообразованиях18,хронических воспалительных заболеваниях (например, язвенном колите и ревматоидном артрите)10,19,а при различных иммунодефицитах17,20. Текущий метод использует NGS для облегчения углубленного просмотра репертуаров TCR и BCR, что позволяет обнаруживать тонкие изменения в ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Всем авторам нечего раскрывать.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 2-пропанол | Sigma | I9516-500ML | |
| 1,7 мл микроцентрифужные пробирки | Axygen | 8187631104051 | |
| 15 мл центрифужные пробирки | Greiner | 188261 | |
| Абсолютный этанол | Merck | 1.08543.0250 | |
| Amplitaq Gold | Thermo Fisher | N8080241 | |
| AMPure XP Бусины | Beckman Coulter | A63881 | |
| Тепловой блок | Bioer | Не применим | |
| Высокочувствительный буфер для образцов D1000 | Agilent | 5067-5603 | Для ленточной станции |
| Высокая чувствительность D1000 ScreenTape | Agilent | 5067-5584 | Для ленточной станции. Пробирки продаются отдельно |
| Набор для анализа Lymphotrack | Invivoscribe | TRB: 70-91210039 IGH: 70-92250019 | Каждый включает в себя 24 индекса |
| MiSeq Reagent Kit v2 (500 цикл) | Illumina | MS-102-2003 | Включает стандартный тип проточной ячейки и все необходимые реагенты |
| MiSeq Sequencer | Illumina | SY-410-1003 | |
| ПЦР-полоски | 4titude | 4ti-0792 | |
| Протеиназа K | Invitrogen | EO0491 | |
| Qubit 4 Флуориметр | Thermo Fisher | Q33226 | |
| Qubit dsDNA HS Набор для анализа | Thermo Fisher | Q32854 | Включает буфер, краситель, стандарты и специализированные пробирки |
| Шейкер | Biosan | Не применимо | |
| Tapestation 2100 Bioanalyzer | Agilent | G2940CA | |
| ultra чистая вода | Bio-lab | 7501 | |
| Wizard Набор для выделения ДНК | Promega | A1120 | Включает раствор для лизиса клеток, раствор для лизиса ядер и буфер для осаждения белка |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение