一文看懂10X VDJ

作者：童蒙
编辑：angelica

01.什么是BCR和TCR

B细胞和T细胞中发现的受体分别被称为B细胞受体（B Cell Receptor ，BCR）和T细胞受体（T Cell Receptor，TCR）。

B细胞受体与自由存在的可溶性抗原结合，而T细胞受体仅在主要组织相容性复合体(MHC)上识别抗原。

02.什么是BCR

BCR，称为B细胞抗原受体，是一种长在B淋巴细胞表面的免疫球蛋白分子（IG）。它的结构包括2条重链（IgH）和2条轻链（Igκ和Igλ）。

1. 重链包含了一个可变区（VH）和3个恒定区（CH1/CH2/CH3）。

• 重链恒定区：免疫球蛋白有IgA、IgG、IgM、IgD、IgE五种，各自可以搭配κ或λ两种轻链，而重链的恒定区决定它是哪一种球蛋白
• 重链可变区：分为骨架区和互补决定区
  骨架区：变化相对较小，有4个，分为FR1、FR2、FR3、FR4
  互补决定区：变化相对较大，有3个，分为CDR1，CDR2、CDR3，其中CDR3的变化最大。

• 决定恒定区的基因为C基因，而可变区的基因为V基因、D基因和J基因，如下图：

  
  

2. 轻链包含了一个可变区（VL）和一个恒定区（CL）；一个天然的Ig分子两条轻链总是相同的。

• 轻链恒定区：决定了搭配重链的是两种轻链中的哪一种
• 轻链可变区：分为骨架区和互补决定区
  骨架区：变化相对较小，有4个，分为FR1、FR2、FR3、FR4
  互补决定区：变化相对较大，有3个，分为CDR1，CDR2、CDR3，其中CDR3的变化最大。
• 决定恒定区的基因为C基因，可变区的基因为V基因和J基因，如下图。

为什么说CDR3的变化最大呢？CDR3和V、D、J有什么关系呢？
大家看下图，可以看出V、D、J在CDR3区是重合的，所以CDR3的组成是由三个基因构成的，因此变化最大。

总之：BCR整体的结构如下图：

03.什么是TCR

T细胞受体（T cell receptor，TCR）是T细胞表面，负责特异性识别与MHC（主要组织相容性复合体）结合的抗原肽的蛋白。当TCR与抗原肽和MHC结合时，T淋巴细胞通过信号转导被激活，进入后续的免疫应答过程。人类基因组中有4个TCR基因：

• 两个编码轻链TCR：TRA基因编码TCRα，TRG基因编码TCRγ；
• 两个编码重链TCR：TRB基因编码TCRβ，TRD基因编码TCRδ；

重链TCR和轻链TCR形成异源二聚体，组成完整的TCR。在人类中存在两种TCR：

• TCRα/β，95％的T细胞表达TCRα/β，称为αβ T细胞；
• TCRγ/δ，5％的T细胞表TCRγ/δ，称为γ/δ T细胞

该比例在个体发育过程中和患病状态（例如白血病）中发生变化，物种之间也有所不同。
同BCR类似，TCR也是由重链和轻链组成，以α和β为例介绍：

• 重链 ：由一个可变区（V区）和 一个恒定区（C区），同Ig类似，可变区也是由V、D、J基因组成，也有3个CDR区，其中CDR3区变化最大，如下图：

  
  

• 轻链：由一个可变区（V区）和 一个恒定区（C区），同Ig类似，可变区也是由V、J基因组成，也有3个CDR区，其中CDR3区变化最大，如下图：

  
  

04.为什么TCR和BCR会多种多样呢

举IGH的例子，编码IGH可变区的胚系基因分为V、D、J三种基因片段，其中V基因片段有44个，D基因片段有27个，J基因片段有6个。

在基因重排发生时，B细胞（生理或病理状态下）分别从V、D、J基因片段中各挑1个，组成V-D-J耦合基因。计算一下这样排列组合的方式有几种？44x27x6大约有6000多种，加上轻链的话，排列组合的方式更多，计算如下表。这就组成了IG和TCR的多样性。

05. 10X VDJ的实验流程

10X 转录组的流程想必大家已经了解了，不了解的可以看我们之前的推文，下边的干货文章不容错过哦~

单细胞分析集锦

1. 单细胞转录组(Single cell RNA)概述
2. 单细胞转录组亚群分析
3. 单细胞转录组高级分析介绍
4. SpatialDB引发的10x技术原理的探究
5. 不可错过的单细胞转录组研究新维度：空间转录组
6. 认识膀胱细胞——单细胞水平比较Human和Mouse的不同

那么10X VDJ的流程给大家介绍下：

• 第一步，利用油包水的结果，分离单细胞，捕获mRNA，并进行裂解。

  
  
• 在每个GEMs中，对mRNA进行捕获，加上barcode和UMI，裂解单细胞后，进行混合成bulk样品。

• 混合后的样品，分成三份，一份做mRNA测序，一份可以用来TCR富集，一份用来做BCR富集。

• 对于TCR或者BCR而言，使用多重PCR进行扩展和富集，如下图。

  
  

• 对文库进行测序，测序文库结果如下，Read1和Read2测150bp，需要测通。每个细胞推荐测5000对序列。

06.标准分析流程

使用的软件是cellranger，命令是mkfastq和vdj。下面我们来介绍下细节。
mkfastq命令为：cellranger mkfastq --id=tiny_bcl --csv=my_samples.csv --run=/mnt/hiseq/tiny_bcl
结果为三个fastq文件，两个reads，一个index的。

vdj命令为：cellranger vdj --id=sample345 --sample=sample1 --reference=refdata-cellranger/GRCh38 --fastqs=my_fastqs
会出来一堆的结果，如下图：

总结

今天给大家介绍了TCR和BCR，以及10x genomics vdj的实验和分析原理，希望大家喜欢。

参考文献

https://www.jianshu.com/p/5df85f7a3524
https://www.jianshu.com/p/1d95d9a2561f
https://cloud.tencent.com/developer/article/1635484
http://seqhealth.cn/list/26.html