课前准备—单细胞VDJ分析导论

作者，Evil Genius

单细胞空间VDJ分析导论

适应性免疫系统依赖于巨大的免疫库的多样性来识别和响应广泛的病原体和外来物质。这是由大量表面结合的T细胞抗原受体(TCRs)和B细胞抗原受体(BCRs)介导的。当B细胞分化为浆细胞或浆母细胞时，后者也可作为可溶性抗体分泌。这些受体广泛的抗原特异性也使T细胞和B细胞能够区分自身抗原和非自身抗原，从而使免疫系统在不伤害宿主的情况下对威胁作出适当的反应。通过研究T细胞和B细胞反应的特异性，免疫学家已经能够获得对免疫反应动力学、免疫细胞多样性的有价值的见解，甚至为疾病和治疗结果提供预测和/或预后信息。

每个TCR或BCR都是由两个不同的链组成的二聚体。在αβ T细胞中，TCR由α链(TRA)与β链(TRB)配对，或者在γδ T细胞中，由γ链(TRG)与δ链(TRD)配对组成。BCR由一条重链(IGH)和一条轻链组成;轻链来自κ (IGK)或λ (IGL)位点。这些链是一个复杂过程的产物，涉及由RAG1和RAG2蛋白1介导的可变(V)、多样性(D)和连接(J)基因片段的基因重组，分别发生在胸腺和骨髓中发育中的T细胞和B细胞中。随机的非模板(N)和/或回文(P)核苷酸插入也可以在这些片段的连接处引入，进一步增加了复杂性。这些重组事件发生在称为互补决定区(CDR) 3的连接处，而CDR1和CDR2完全在V基因区域内发现。由于CDR是与同源抗原结合的区域，特别是CDR3区域，一直是大多数下游分析的重点。此外，在B细胞被激活后，BCR可以在整个受体中经历(随机)体细胞超突变(SHMs)，由激活诱导的胞苷脱氨酶(AID)介导。BCR的类转换重组(CSR)也需要AID，这是一个取代编码同种型类的BCR恒定基因的生物学过程，对B细胞成熟和整体体液免疫产生广泛影响。总的来说，这些事件确保了产生的TCR和BCR的多样性和独特性，这能够将它们用作T细胞和B细胞克隆的不同分子条形码。这可以作为跟踪抗原特异性反应的有用label，并与细胞表型和临床结果相关联，

处理scTCR/BCR-seq数据的典型工作流程如下

1、对单个细胞测序后，将reads对齐并重构为每个细胞的TCR/BCR链。
2、使用参考数据库，例如国际免疫遗传学信息系统(IMGT)，对重建的contigs进行相应的V、D、J和恒定基因注释。
3、“contig级”数据可以与“cell级”数据配对，各种工具以不同的方式处理这一数据，实施进一步的质量控制步骤，以保留可供分析的contig和/或细胞，以供进一步分析。
4、一个关键的质量控制步骤是过滤组群，使每个成熟的T细胞/B细胞只有一对有效的tcr / bcr

scTCR/BCR-seq生物信息学工具

单细胞免疫库数据分析概述

1、Data preparation
2、Reannotation

3、BCR/TCR clustering and filtering
TCR/BCR克隆型是指具有相同(TCR)或相似(BCR)受体的细胞。
4、与单细胞转录组联合分析

分析示例

空间TCR/BCR-seq方法也正在开发中。

生活很好，有你更好

参考文章Single-cell immune repertoire analysis(nature methods)。