Séquençage du répertoire immunitaire : Introduction, flux de travail et applications

Introduction au séquençage du répertoire immunitaire

Le système immunitaire adaptatif joue un rôle extrêmement important dans la lutte contre les agents pathogènes infectieux et la protection du corps humain. La base du système immunitaire adaptatif repose fondamentalement sur l'énorme diversité des récepteurs des cellules T et B (TCR et BCR) capables de reconnaître des épitopes provenant d'un nombre astronomique d'antigènes exogènes différents et de facteurs endogènes de l'hôte. Le répertoire immunitaire est connu comme la collection de cellules B et T fonctionnellement diverses dans le système circulatoire, qui est une mesure clé de la complexité immunologique.

L'étude du répertoire immunitaire est cruciale pour comprendre la réponse de l'immunité adaptative et, en fin de compte, éclaire la découverte de nouveaux agents infectieux et possède un potentiel inestimable pour aider au développement d'anticorps ou de vaccins, au diagnostic clinique, au traitement et à la prévention.

Les stratégies traditionnelles pour étudier le répertoire immunitaire, qui incluent le spectratypage, le séquençage Sanger, etc., sont laborieuses, coûteuses et insuffisantes pour générer une image à haute résolution du répertoire immunitaire. Le séquençage de nouvelle génération (NGS) offre une approche puissante capable d'analyser le répertoire immunitaire de manière à haut débit. En fournissant d'énormes données de séquençage, le NGS a créé une image à une résolution sans précédent du répertoire immunitaire, ce qui offre un grand potentiel pour révéler des changements dynamiques dans les populations clonales lors de la stimulation par des antigènes.

Flux de travail de séquençage du répertoire immunitaire

Le flux de travail de séquençage du répertoire immunitaire est composé de six étapes. La première étape est l'isolement des cellules. Cela sera ensuite suivi de la purification des modèles et de l'amplification des molécules. L'étape suivante serait la construction de la bibliothèque Ig-seq et le séquençage. Cela sera suivi par le traitement des données, qui implique le filtrage, l'alignement et le regroupement des données. Enfin, les données seront analysées en tenant compte de la diversité du répertoire, de la dynamique et de la clonalité.

Figure 1. Un pipeline d'étude global du séquençage du répertoire immunitaire des cellules B. (Pineda, 2019)

Applications du séquençage du répertoire immunitaire

Le séquençage du répertoire immunitaire est appliqué dans les domaines suivants : (1) la découverte d'anticorps et le développement de vaccins, (2) la découverte de biomarqueurs, (3) la compréhension des mécanismes de développement du répertoire immunitaire, (4) l'identification des immunodéficiences, et (5) un outil de diagnostic clinique.

Biomarqueurs pour le diagnostic du cancer, le sous-typage et le pronostic

Un domaine important pour la recherche translationnelle et la médecine des séquençages TCR/BCR HTS est la détection de la maladie résiduelle minimale (MRD) pour les tumeurs hématologiques lymphatiques, y compris les leucémies et lymphomes dérivés des cellules T/B. La sensibilité et l'utilisation pronostique du NGS par rapport aux techniques traditionnelles telles que la cytométrie en flux et la PCR spécifique des allèles ont été régulièrement étudiées depuis le début de ce domaine.

Analyse complète des répertoires immunitaires réactifs au microbiote intestinal

Bien que l'analyse à haut débit du répertoire des cellules immunitaires dans le contexte de l'interaction hôte-microbiome soit un domaine de recherche ouvert, l'application la plus prometteuse de cette approche est la détection complète des clonotypes de cellules T ou B réactifs aux microbiotes intestinaux dans le sang circulant ou les tissus périphériques des hôtes. Il est très important de noter qu'en utilisant un test d'expression de CD154 sur des cellules vivantes, il a récemment été démontré que des adultes humains en bonne santé possèdent une quantité substantielle de populations de cellules T CD4+ circulantes réactives contre des lysats bactériens de commensaux gastro-intestinaux à des fréquences de 40 à 500 par million de cellules T CD4+ totales, selon chaque espèce bactérienne. La majorité de ces cellules T CD4+ réactives aux microbiotes intestinaux avait un phénotype de mémoire avec une expression relativement élevée de récepteurs d'homéostasie des muqueuses et un marqueur Th17 (CD161) et était de plus enrichie dans les tissus intestinaux.

Microbiote intestinal comme origine possible des réactions croisées des TCR

La réactivité croisée des cellules T est un domaine important des études en immunologie systémique et probablement l'un des principes fondamentaux de la réponse immunitaire adaptative encore peu reconnus. En accord avec cette hypothèse et en contraste avec la croyance générale précédente, une étude élégante utilisant des souris transgéniques TCRβ a prouvé que la grande majorité des TCR sélectionnés négativement sont autoréactifs et dotés de réactivités croisées contre plusieurs haplotypes MHC, tandis que les TCR réactifs croisés sont très rares parmi les TCR pré-sélectionnés.

Références :

1. Pineda S, Sigdel TK, Liberto JM, et al.Caractérisation du risque de rejet rénal pré et post-transplantation par séquençage du répertoire immunitaire des cellules B. Communications Nature2019, 10(1).
2. Liu X, Wu J. Histoire, applications et défis de la recherche sur le répertoire immunitaire. Biologie cellulaire et toxicologie. 2018, 34(6).
3. Rubelt F, Busse CE, Bukhari SA, et al.Recommandations de la communauté sur le partage des données de séquençage du répertoire des récepteurs immunitaires adaptatifs. Immunologie de la nature2017, 18(12).
4. Friedensohn S, Khan TA, Reddy ST. Méthodologies avancées dans le séquençage à haut débit des répertoires immunitaires. Tendances en biotechnologie2017, 35(3).
5. Robins H. Immunoséquençage : applications du séquençage profond du répertoire immunitaire. Opinion actuelle en immunologie2013, 25(5).