什么是免疫组库测序?有什么作用?

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免疫组库主要是针对各类疾病的预防和治疗兴起的,韩健在这方年做得很好。
摘自韩健“不管是诊断还是治疗,如果只是单纯地看一个方面(肿瘤相关的体细胞突变),很可能效果还是不够好。关于肿瘤相关的体细胞突变,国际上有很多出色的科研合作项目,也产生了可喜的成果。我们做免疫组库测序,目的就是从另外一个角度(免疫力)提供更多的信息来综合地评估肿瘤。”
可见,利用高通量测序分析免疫组库,将会对肿瘤等疾病的认识更深,有助于了解免疫在其中发挥的作用。

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整个人类的免疫大分子的多样性是十分庞大的 。但是就单独的某个人,每个人的免疫组库的大小就十分有限了。个体免疫组库的内容受三个因素的控制:遗传因素(HLA分型);抗原(包括病原体)接触史;和时时刻刻的免疫调控。免疫组库依赖过去二十年免疫学技术(单克隆抗体,流式细胞仪,用表面抗体进行细胞分类等)的最新进展;也依赖过去二十年分子生物学技术(PCR, 多重PCR, 高通量测序)的最新进展;它更有赖于过去二十年信息技术的飞速发展(电脑硬件,软件,计算能力,信息储存能力等)。个体化的免疫组库研究在不久的将来就可以用来做疾病相关性研究,对疾病机理进行一个全新角度的探讨。以前认为和遗传密切相关的很多“多 基因病”很可能就是免疫系统的疾病,可以通过研究免疫组库得到一些答案或线索。这些结果可以促进对更多疾病的早期诊断,治疗甚至预防。通过跟踪疫苗免疫后免疫组库的变化,可以开发出更有效,更安全的疫苗。免疫组库技术无疑也会成为新药开发的一个热门技术。

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免疫组库技术是免疫学研究领域的一个开创性重大技术突破。从群体的角度讲,人类的免疫大分子的多样性是十分可观的,因为人类几乎能对所有外来感染源产生免疫反应。可是在个体水平,我们的免疫组库的大小就有限了。个体免疫组库的内容受三个因素的控制:遗传因素;抗原接触史;和时时刻刻的免疫调控。个体化的免疫组库研究很快就可以用来做疾病相关性研究,寻找Biomarker,对疾病机理进行一个全新角度的探讨。研究免疫组库的结果可以促进对更多疾病的早期诊断,治疗甚至预防;开发出更有效,更安全的疫苗;促进新药开发。

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免疫组库测序(Immune Repertoire sequencing(IR-SEQ))是以 T/B 淋巴细胞为研究目标,以多重PCR或5’RACE技术目的扩增决定B细胞受体(BCR)或T细胞受体(TCR)多样性的互补决定区(CDR区),再结合高通量测序技术,全面评估免疫系统的多样性,深入挖掘免疫组库与疾病的关系。
用淋巴细胞分离液分离外周血T/B淋巴细胞,提取DNA(或RNA),采用多重PCR/5'RACE对CDR3进行捕获(5'RACE还可以测CDR1、CDR2),通过 Hiseq2000(Hiseq2500、Miseq)平台进行高通量测序。

DNA水平选择多重PCR方法,侧重研究基因重组信息;RNA 水平可选择多重PCR或5'RACE方法,侧重于研究基因的表达状态。

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带着同样的问题,问度娘,找到一个比较全面介绍的网页,虽然是某公司的产品介绍,但是正因为是产品说明,对于初了解者来说,信息全面而客观,科学。http://www.biomart.cn/specials/bgitechsolutions;看完之后,问题宝宝又产生了很多问题:
1)免疫组库为什么只关注T细胞,B细胞?免疫细胞的种类还有许多。
2)如果基因的再编辑使得TCR\BCR的CDR区多样性,因此选择针对其mRNA,那为什么会有DNA水平测序?
3)说到免疫研究,为什么离不开MHC区域?
看过楼上几位的解答,问题2和3在心中都有一定的解答。
问题2)如summers所说,DNA水平选择多重PCR方法,侧重研究基因重组信息,这也是TCR\BCR多样性之一。
问题3)如雨宵子晴所说,个体免疫组库的内容受三个因素的控制:遗传因素(HLA分型);抗原(包括病原体)接触史;和时时刻刻的免疫调控。HLA基因即人的MHC基因,编码产生的MHC-I、II、III参与抗原递呈与免疫应答密不可分,当然在研究范围。同时搜了些内容补补有关MHC的基础,网站,http://blog.sina.com.cn/s/blog ... .html
问题1)的答案,看过之后,这是不是为了抓住问题的主要部分,就重避轻,把复杂问题简单化,研究的哲学思路。
一切开明后,新的疑惑又来了,MHC区域与免疫组库是怎么样一种关系,包含关系?还是并集关系?在测序方面,两者的研究策略不同,那么在疾病机理研究方面怎么处理这种关系,是都考虑,还是一种即可。

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免疫组库测序以 T/B 淋巴细胞为研究目标,以多重PCR或5’RACE技术目的扩增决定B细胞受体(BCR)或T细胞受体(TCR)多样性的互补决定区(CDR区),再结合高通量测序技术,全面评估免疫系统的多样性,深入挖掘免疫组库与疾病的关系。
免疫组库是指在任何指定时间,某个个体的循环系统中所有功能多样性B细胞和T细胞的总和。人体淋巴细胞主要包括T细胞、B细胞。B细胞约占外周淋巴细胞总数的20%,其主要功能是产生抗体介导体液免疫应答。B细胞抗原受体((B cell receptor, BCR)是B细胞识别抗原的一种膜表面免疫球蛋白(SmIg),具有抗原结合特异性。BCR由两条重链和两条轻链连接而成,其中重链分为可变区(V区)、恒定区(C区)、跨膜区及胞质区;轻链则只有V区和C区。V区由VH和VL两个结构域组成,它们各由三个互补决定区(CDR1、CDR2和CDR3)组成(图1),CDR的氨基酸组成和排列顺序呈现高度多样性,在同一个体内,可高达109~1012,构成容量巨大的BCR库,赋予个体识别各种抗原、产生特异性抗体的巨大潜能,这三个CDR均参与对抗原的识别,共同决定BCR的抗原特异性。
T细胞主要功能是介导细胞免疫。T细胞抗原受体(T cell receptor,TCR)是T细胞特异性识别和结合抗原肽-MHC分子的分子结构,大多数TCR由α和β肽链组成,少数T细胞的TCR由γ和δ肽链组成。每条肽链又可分为可变区(V区),恒定区(C区),跨膜区和胞质区等几部分,而α和β两条肽链的V区(Vα、Vβ)又各有三个高变区CDR1、CDR2、CDR3,其中以CDR3变异最大,直接决定了TCR的抗原结合特异性。TCR的CDR3由V、D、J三个基因编码,在淋巴细胞的成熟过程中,通过V、D、J基因的重排形成了各种重组序列片段,再加上DNA碱基的SNP、Indel突变形成了T细胞的多样性。
综上所述,免疫组库拥有6种主要的肽链,分别为BCR的轻链和重链、TCR的α、β、γ和δ链。免疫组库中每一种免疫蛋白彼此间结构差异很小,但亚型种类繁多,正是这种多样性对健康起着至关重要的作用,免疫蛋白的亚型越多,越能有效抵抗病原体,亚型越少越容易感染疾病(图2)。除此之外,其它很多年龄、环境、疾病诱发以及用药等因素也影响着免疫组库的多样性。
免疫组库测序可应用于疫苗和医药的研发、生物标志物的发现、微小残留病(Minimal Residual Disease,MRD)检测、自身免疫性疾病的研究以及移植后监测等领域,例如在疾病特异的生物标志物的研究中,可通过高通量测序在患有同种疾病的人群中找到疾病特异性的CDR3,经过验证后的这些CDR3序列就可以作为代表该病的并可以从外周血中查到的Biomarker;自身免疫性疾病的研究如类风湿性关节炎,可以通过高通量测序识别潜在自体反应克隆来定量早期或已确诊的类风湿性关节炎的外周血的T细胞组库,作为早期诊断用药的依据;关于疫苗的研发,我们可以通过分析不同年龄段的人群注射疫苗后的效果来促进针对不同人群的疫苗研发;对于肿瘤研究,我们可通过比较患者用药前后免疫组库的变化来监测疾病指导用药,预防肿瘤复发。

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