单细胞免疫组库（TCR/BCR-seq）测序

免疫组库是哪位？

能够称为“组库”，首先是功能相似的N多细胞的集合。而“免疫”是指免疫细胞，特指T/B淋巴细胞。“So~免疫组库”（Immune Repertoire，IR），指某个体，特定时间点下，所有功能多样性T/B淋巴细胞的总和。T/B细胞利用细胞表面受体（TCR/BCR）识别和结合抗原，介导机体产生针对性的免疫应答，发挥免疫功能并做好记录备案，如果该抗原再次入侵可迅速作出反应，作为健康卫士守护肌体城池。

“组库”从哪来？

除了n多T/B细胞的集合，TCR/BCR多样性也是把“蛋糕”做大的关键。

首先TCR/BCR的本质是细胞膜表面蛋白受体，其生成过程都要走过DNA转录成RNA进而翻译生成蛋白质。

在组成结构上，两种抗原识别受体均由两条不同链连接而成，TCR（1条α链+1条β链），BCR（2条重链+2条轻链）。其中α链和轻链受基因片段VJC区域编码，组合形式相对简单，β链和重链受基因片段V(D)JC区域编码。



基因片段V(D)J (Variable-可变区; Diversity-多样区; joining-连接区;) 会发生随机重组，各基因片段可变形式分别为，V区（52种），D区（2种），J区（13种），配合V(D)J片段中碱基的插入和缺失，进一步相互间的排列组合存在1012种以上组合形式，以此构成了TCR和BCR多样性的来源，而这种多样性正是适应性免疫系统能够识别众多抗原的基础。



免疫组库测序有必要做吗？

对于1012个以上的抗原识别基数来说，群体和个体间的免疫组库的丰富程度能够直接反应机体免疫系统情况，通常TCR/BCR的亚型越多，机体识别病原的能力越强，越不容易感染疾病，但超过一定限度，也容易引发自身免疫性疾病。且机体的免疫组库也不是一成不变的，会随着年龄，环境，药物，患病等等因素，免疫组库多样性也时刻处于动态变化当中。由此，将免疫组库测序用于临床诊断和治疗上，有助于对群体或个体间进行免疫监测，探究相关疾病（疾病感染，治疗，自身免疫疾病等）和免疫应答的关系，监测免疫疗法的效果，研究疾病发生、发展的分子机制。

简单来说，单细胞免疫组库解决如下问题:

1. 识别免疫组库序列组成和多样性
2. 探究基因表达情况，发现新的生物标志物
3. . 分析样本内/样本间Clonotype组成（如增殖性克隆，细胞类型间clonotype overlap情况，clonotype多样性等），样本间clonotype组成（同一生物个体不同样本间clonotype overlap情况等）

单细胞免疫组库测序一次实验可以同时检测近数千个细胞，可在一个样本中同时获5'端mRNA表达谱、TCR和BCR的信息，结合基因的表达谱和V(D)J数据进行复杂组织样本的是影响免疫应答分析。




实验流程

免疫组库测序实验流程如下：



基于TCR/BCR检测的V(D)J区域靠近5'端，故免疫组库测序所用磁珠标签序列由也单细胞最末端的polydT序列改为TSO序列，构成read1+barcode+UMI+TSO的标签组成，用于单细胞的捕获识别和后续5'端RNA的抓取捕获。



如图, 凝胶珠上的序列中，barcode序列用于标记细胞，UMI序列用于标记转录本，而TSO (template switch oligo)用于5’端捕获。



当磁珠与细胞结合并在油包水环境中反转成cDNA后，我们对获得的cDNA序列进行扩增，对转录组文库构建方式同单细胞测序实验，免疫组富集文库则需额外设计2次引物binding到C区，对TCR/BCR序列进行富集，后期对富集cDNA随机打断，获得不同长度的打断产物，再经PCR扩增后，形成免疫组文库用于上机测序。



ps:由于引物设计问题，免疫组库测序现只适用于人鼠模型的研究哦~