利用前分析处理延迟扰动揭示外周血TCR库中可重复检测的一致性克隆型结构

《BMC Bioinformatics》：CORE clonotypes: a reproducible structural component of the peripheral TCR repertoire revealed through variation in blood processing times

　　

摘要

背景

高通量T细胞受体（TCR）库测序被广泛用于免疫图谱分析，然而库测序结果仍然容易受到前分析变量的影响，这些变量会影响结果的可重复性和下游解读。在这些变量中，血液采集与样本处理之间的延迟可能会改变可检测的库组成，尤其是低频克隆型的构成。本研究利用处理延迟的变异性作为一种结构化的技术扰动，来探索外周TCR库的组织特征。我们分析了211例新诊结直肠癌患者的外周血TCRβ库，比较了血液采集后短时间内处理的样本与经历延长处理延迟的样本。延迟处理与克隆型丰富度降低、单拷贝克隆型减少以及多样性分布改变相关，表明在长时间处理条件下，低频库元素会优先丢失。在这一框架下，我们将CORE克隆型（一致库元素）操作性地定义为在两种处理组中均检测到的、具有相同氨基酸序列的CDR3β序列。

结果

我们从多个分析层面对CORE克隆型进行了表征，包括丰度分布、V/J基因使用、氨基酸组成、核苷酸冗余性、密码子使用、生化性质以及相关性网络结构。CORE克隆型与丰度匹配的克隆型集合在很大程度上存在差异，表明在扰动条件下能够可重复地检测到CORE克隆型，并不能仅仅通过克隆型丰度来解释。在核苷酸水平上，CORE克隆型表现出较高的同义序列多样性，同时在不同的处理条件下保持了保守的氨基酸组成。经过测序深度标准化后，与组特异性克隆型相比，CORE克隆型表现出更小的密码子使用差异以及更窄的多种生化性质分布。相关性网络分析进一步发现了一个较小的与CORE相关的子网络，与随机对照相比，该子网络中富集了先前已注释的抗原关联信息。

结论

这些发现表明，技术扰动可以揭示在不同分子水平上具有独特组织特征、能够被可重复检测到的非随机库元素。更广泛地说，本研究强调了前分析变异性作为免疫库测序研究中表征可重复库结构的工具的价值。