TCR分析

T 细胞受体(TCR)和 B 细胞受体(BCR)可以识别 HLA 呈递出的肿瘤新生抗原, 引发免疫反应杀死肿瘤细胞,在免疫应答中行使重要功能。TCR 的基因由可变区(V)、多变 区(D)、结合区(J)和恒定区(C)四部分基因片段组成,VDJ 基因区域的随机重排,导致 了 T 细胞种类的复杂多样化,使 T 细胞在识别和杀伤特异外源性抗原时更为快速、准确和 有效。

TCR 和 BCR 序列多样性构成了免疫组库,对于 TCR 或 BCR 的序列多样性分析,除 了 TCR/BCR 靶向测序技术之外,我们也可以应用 RNA-seq 数据分析 TCR 序列,以充分利 用 RNA 数据资源获得免疫相关的分析内容。和 TCR-Seq 相比,应用 RNA-seq 分析可以在 生产方面节省样本的用量,尽量避免组织特异性所致的信息误差,同时虽然可能灵敏度不及 TCR-Seq,但可作为前期探索性研究工具。目前我们开发了两款用于 TCR/BCR 分析的软件。

1 TRUST 软件

TRUST 软件(Li B,2017)由刘小乐研发团队发表于 2017 年 Nat Genet 杂志,可以从 肿瘤 RNA-seq 数据中直接计算出免疫组库信息,高通量地精准鉴定出肿瘤组织中 T 细胞受 体和 B 细胞受体的多样性。该方法在 2016 年 Nat Genet 被提出(Li B,2016),2017 年发表 文献着重对 TRUST 算法的应用条件和结果进行介绍,采用双端 reads 比对的方式,在算法 上优化了 CDR3 序列重组和 unmapped reads 的使用,提高了低丰度 TCR 克隆的检出。 TRUST 已经应用于许多癌症和免疫疾病的研究中,例如在肺和脾脏研究中,比较了 CD69+和 CD69-记忆 T 细胞亚群(TRM)的 TCR 谱,发现 CD69+TRM 细胞与 CD69-相比, 组织内的克隆活性更高。TRUST 主要目标是 TCR 序列的 CDR3 区,每个样本能够检测出几 百到上千的克隆亚型(Brahma V,2017)。

测试代码如下:

export PATH=/PUBLIC/software/CANCER/Software/python/Python-2.7.14/bin:$PATH
export PYTHONPATH=/PUBLIC/software/CANCER/Software/python/Python2.7.14/lib/python2.7:/PUBLIC/software/CANCER/Software/python/Python-2.7.14/lib/python2.7/site-packages
export PKG_CONFIG_PATH=/PUBLIC/software/CANCER/Software/python/Python-2.7.14/lib/pkgconfig:$PKG_CONFIG_PATH
export LD_LIBRARY_PATH=/PUBLIC/software/CANCER/Software/python/Python-2.7.14/lib:$LD_LIBRARY_PATH

trust -f /PAN1/CANCER/Proj/mRNA.X101SC21110642-Z01.immune.X101SC21110642-Z01-F001.20211122/X101SC21110642-Z02-J001-B1-16/bam/Control.bam -g hg38 -c 

2 MiXCR 软件

MiXCR 软件发表于 2015 年 Nat Methods 杂志。该软件适用于单端或双端短序列数据, 基于 GenBank 构建 V、D、J 基因序列的参考数据库,基于已知 TCR 序列信息数据库,对比 对序列进行分类整合,并且校正扩增或测序错误后,得到目标序列的鉴定结果,反馈结果包 括 CDR1-CDR3 序列。MiXCR 灵敏度和准确性高,在 TCR 的检测方面更有优势(Bolotin DA,2015)。MiXCR 能从 RNA-seq 数据中提取所有相对较大的 TRB-CDR3 克隆型(频率> 0.15%),且大多数 MiXCR 检测的克隆型由对照 TCR-seq 数据证实(Dmitriy A Bolotin,2017)。 MiXCR 发表至今已被引用 97 次,广泛应用于肿瘤和免疫疾病研究中。例如,在 2017 年肺癌研究(Ganesan AP,2017)中,研究者以 36 例患者浸润肿瘤组织的 CD8+细胞为实验 组,非肿瘤组织的 CD8+细胞作为对照,利用 RNA-seq 数据进行 TCR 序列分析,证明 CD8+ 肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)的克隆扩增显著大于 N-TIL。

测试代码如下:

/PUBLIC/software/CANCER/Software/TCR/MiXCR/mixcr-2.1.12/mixcr align -p rna-seq -r log.txt -f /PAN1/CANCER/Proj/mRNA.X101SC21110642-Z01.immune.X101SC21110642-Z01-F001.20211122/X101SC21110642-Z02-J001-B1-16/rawdata/Control_1.fq.gz /PAN1/CANCER/Proj/mRNA.X101SC21110642-Z01.immune.X101SC21110642-Z01-F001.20211122/X101SC21110642-Z02-J001-B1-16/rawdata/Control_2.fq.gz alignments.vdjca

/PUBLIC/software/CANCER/Software/TCR/MiXCR/mixcr-2.1.12/mixcr assemblePartial alignments.vdjca alignment_contigs.vdjca

/PUBLIC/software/CANCER/Software/TCR/MiXCR/mixcr-2.1.12/mixcr assemble -r log.txt alignment_contigs.vdjca clones.clns

/PUBLIC/software/CANCER/Software/TCR/MiXCR/mixcr-2.1.12/mixcr exportClones clones.clns clones.txt

结果见tcr_result.zip