Samtidig Kvantifiering av T-cellreceptor Excision cirklar (TRECs) och K-Radering Rekombination Excision cirklar (KRECs) genom realtids-PCR
Summary
Here, we describe a method for simultaneous quantification of T-cell receptor excision circles (TRECs) and K-deleting recombination excision circles (KRECs). The TREC/KREC assay can be used as marker of thymic and bone marrow output.
Abstract
T-cell receptor excision circles (TRECs) and K-deleting recombination excision circles (KRECs) are circularized DNA elements formed during recombination process that creates T- and B-cell receptors. Because TRECs and KRECs are unable to replicate, they are diluted after each cell division, and therefore persist in the cell. Their quantity in peripheral blood can be considered as an estimation of thymic and bone marrow output. By combining well established and commonly used TREC assay with a modified version of KREC assay, we have developed a duplex quantitative real-time PCR that allows quantification of both newly-produced T and B lymphocytes in a single assay. The number of TRECs and KRECs are obtained using a standard curve prepared by serially diluting TREC and KREC signal joints cloned in a bacterial plasmid, together with a fragment of T-cell receptor alpha constant gene that serves as reference gene. Results are reported as number of TRECs and KRECs/106 cells or per ml of blood. The quantification of these DNA fragments have been proven useful for monitoring immune reconstitution following bone marrow transplantation in both children and adults, for improved characterization of immune deficiencies, or for better understanding of certain immunomodulating drug activity.
Introduction
T-cellreceptor excision cirklar (TRECs) och K-strykning rekombination excision cirklar (KRECs) är små cirkulariserade DNA-element som är utskurna i en proportion av T- och B-celler, respektive, under ett genomiskt DNA-rekombination, som kan leda till bildning av en mycket diversifierad repertoar av T- och B-cellreceptorer. De har ingen funktion, utan för att de är stabila och inte kan replik, de späds efter varje celldelning, vilket kvarstår endast i en av de två dotterceller. Därför kan deras nivåer i perifert blod antas som en uppskattning av tymus och benmärg utgång.
Medan TREC-analysen har till stor del använts under de senaste 15 åren för att bedöma omfattningen av tymus utgång, till 1 av KREC analysen, som ursprungligen utvecklades mäta B-celltillväxt och dess bidrag till B-cells homeostas vid hälsa och sjukdom, 2 har först nyligen föreslagits som en markör för ben marrow utgång. 3,4 Här beskriver vi den metod vi utvecklat för samtidig kvantifiering av både TRECs och KRECs. 4
Med denna kombinerade metod är variabiliteten associerad med DNA-kvantifiering genom realtids-PCR elimineras genom användning av ett unikt standardkurva erhållen genom att späda en trippel-insert plasmid innehållande fragment av TRECs, KRECs och T-cellreceptor-alfa konstant (TCRAC) gen i en 1: 1: 1-förhållande. Detta möjliggör en mer korrekt bedömning av TREC och KREC antal kopior. Vidare, den samtidiga kvantifieringen av de två målen i den samma reaktionen tillåter minskning reagenskostnaden.
Den föreslagna TREC / KREC analysen kan vara användbart för att mäta omfattningen av T- och B-cells neo-produktionen hos barn eller vuxna med svår kombinerad immunbrist (SCID), 4 vanlig variabel immun, 5 autoimmuna sjukdomar, 6-8 och HIV-infektion . 9 Dessutom kan den användas för attövervaka immun återhämtning efter hematopoetisk stamcellstransplantation, 10 enzymersättnings, 11 och antivirala 9 eller immunomodulerande terapier. 6-8 Slutligen därför SCID patienter redovisas enligt TREC analys trots de underliggande genetiska defekter, och agammaglobulinemi patienter kan identifieras med hjälp KREC kvantifiering , den TREC / KREC analysen kan också användas för att upptäcka immun hos nyfödda screeningprogram. 12 I detta fall skall provningen utföras på DNA extraherat från små fläckar av blod blottades och torkades på filterpapper, måste vara mycket känslig och specifik för målsjukdomarna samt mycket reproducerbar och kostnadseffektivt.
Införandet av KREC kvantifiering i testet bör förbättra föreställningar av nyfödda screening för immun, som rutinmässigt har utförts i vissa delar av USA (WI, MA, CA) sedan 2008 då Wisconsin blev den första att inföe analysen av TRECs i sitt postnatal screeningprogram. 13
Protocol
Representative Results
Discussion
TREC and KREC quantification can be considered a good estimate of recent thymic and bone marrow output provided that some caveats are taken into account. Even though an absolute quantification method employing standard curve requires more reagents and more space on the real-time PCR reaction plate, it ensures highly accurate quantitative results because unknown sample quantities are interpolated from standard curves built upon known amounts of starting material. Moreover this method is better fitted to detect low amount …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors have no acknowledgements.
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Histopaque-1077 | Sigma Aldrich SRL | 10771-500 ML | density gradient separation method |
| QIAamp DNA Blood Mini Kit (250) | QIAGEN | 51106 | DNA extraction |
| Unmodified DNA Oligonucleotides HPSF 0.01 mmol | Eurofins MWG Operon/Carlo Erba Reagents S.r.l | Resuspend the lyophilized product to 100 picmol/µl | |
| AmpliTaq DNA Polymerase: including 10x Buffer II and 25mM MgCl2 | Applied Biosystems/Life-Technologies | N8080156 | |
| GeneAmp dNTP Blend (100 mM) | Applied Biosystems/Life-Technologies | N8080261 | |
| TOPO TA Cloning Kit for Subcloning | Invitrogen/Life-Technologies | K4500-01 | |
| XL1-Blue Subcloning Grade Competent Cells | Stratagene | 200130 | |
| PureYield Plasmid Miniprep System | Promega | A1223 | |
| SpeI 500U | New England Biolabs | R0133S | |
| HindIII-HF 10,000 U | New England Biolabs | R3104S | |
| PureYield Plasmid Midiprep System | Promega | A2492 | |
| XhoI 5,000 U | New England Biolabs | R0146S | |
| TRIS Utrapure | Sigma Aldrich SRL | T1503 | |
| EDTA | Sigma Aldrich SRL | E5134 | |
| TE buffer (1 mM TRIS and 0.1 mM EDTA) | |||
| TaqMan Universal PCR Master Mix | Applied Biosystems/Life-Technologies | 4364338 | |
| Dual labeled probes HPLC 0.01 mmol | Eurofins MWG Operon/Carlo Erba Reagents S.r.l | Resuspend the lyophilized product to 100 picmol/µl | |
| NanoDrop 2000c spectrophotometer | ThermoFisher | ||
| Applied Biosystems 2720 Thermal Cycler | Applied Biosystems/Life-Technologies | 4359659 | |
| Fast 7500 Real-Time PCR system | Applied Biosystems/Life-Technologies | ||
| SDS Sequence Detection Software 1.4 | Applied Biosystems/Life-Technologies |
Riferimenti
- Douek, D. C., et al. Changes in thymic function with age and during the treatment of HIV infection. Nature. 396 (6712), 690-695 (1998).
- Zelm, M. C., Szczepanski, T., van der Burg, M., van Dongen, J. J. M. Replication history of B lymphocytes reveals homeostatic proliferation and extensive antigen-induced B cell expansion. J. Exp. Med. 204 (3), 645-655 (2007).
- Fronkova, E., et al. B-cell reconstitution after allogeneic SCT impairs minimal residual disease monitoring in children with ALL. Bone Marrow Transplant. 42 (3), 187-196 (2008).
- Sottini, A., et al. Simultaneous quantification of recent thymic T-cell and bone marrow B-cell emigrants in patients with primary immunodeficiency undergone to stem cell transplantation. Clin. Immunol. 136 (2), 217-227 (2010).
- Serana, F., et al. Thymic and bone marrow output in patients with common variable immunodeficiency. J. Clin. Immunol. 31 (4), 540-549 (2011).
- Zanotti, C., et al. Opposite effects of interferon-β on new B and T cell release from production sites in sclerosis. J. Neuroimmunol. 240-241, 147-150 (2011).
- Zanotti, C., et al. Peripheral accumulation of newly produced T and B lymphocytes in natalizumab-treated multiple sclerosis patients. Clin. Immunol. 145 (1), 19-26 (2012).
- Sottini, A., et al. Pre-existing T- and B-cell defects in one progressive multifocal leukoencephalopathy patient. PLoS One. 7, e34493 (2012).
- Quiros-Roldan, E., et al. Effects of combined antiretroviral therapy on B- and T-cell release from production sites in long-term treated HIV-1+ patients. J. Transl. Med. 10, 94 (2012).
- Mensen, A., et al. Utilization of TREC and KREC quantification for the monitoring of early T- and B-cell neogenesis in adult patients after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. J. Transl. Med. 11, 188 (2013).
- Serana, F., et al. The different extent of B and T cell immune reconstitution after hematopoietic stem cell transplantation and enzyme replacement therapies in SCID patients with adenosine deaminase deficiency. J. Immunol. 185 (12), 7713-7722 (2010).
- Borte, S., et al. Neonatal screening for severe primary immunodeficiency diseases using high-throughput triplex real-time PCR. Blood. 119 (11), 2552-2555 (2012).
- Baker, M. W., et al. Implementing routine testing for severe combined immunodeficiency within Wisconsin’s newborn screening program. Public Health Rep. 125 (2), 88-95 (2010).
- Lorenzi, A. R., et al. Determination of thymic function directly from peripheral blood: a validated modification to an established method. J. Immunol. Meth. 339 (2), 185-194 (2008).
- De Boer, R. J., Perelson, A. S. Quantifying T lymphocyte turnover. J. Theor. Biol. 327, 45-87 (2013).
