VDJ-SEQ : B 세포 림프종의 클론 진화 패턴을 나타 내기 위해 재 배열 면역 글로불린 무거운 체인 유전자의 깊은 시퀀싱 분석
Summary
This protocol describes an approach to interrogate the recombined immunoglobulin heavy chain VDJ regions of lymphomas by deep-sequencing and retrieve VDJ rearrangement and somatic hypermutation status to delineate clonal architecture of individual tumor. Comparing clonal architecture between paired diagnosis and relapse samples reveals lymphoma relapse clonal evolution modes.
Abstract
이해 clonality 종양은 종양 및 질병 진행에 관련된 메카니즘을 이해하는 데 중요하다. 또한, 특정 미세 환경 또는 치료에 응답 종양 내에 발생 클론 조성 변화를 이해하는 것은 종양 세포를 근절보다 정교하고 효과적인 접근 방법의 설계로 이어질 수있다. 그러나 트래킹 서브 종양 클론 개체군 인해 구별 마커의 부족으로 인해 도전되고있다. 이 문제를 해결하기 위해, VDJ-SEQ 프로토콜은 VDJ 재조합 및 체세포과 돌연변이 (SHM), B 세포 림프종의 두 고유의 기능을 이용하여 확산 큰 B 세포 림프종 (DLBCL) 재발의 클론 진화 패턴을 추적하기 위해 만들어졌습니다.
이 프로토콜에서, 인덱싱 가능성을 가진 차세대 시퀀싱 (NGS) 라이브러리는 기본 진단 및 재발 DLBCL의 SAMP 쌍에서 증폭 재 배열 면역 글로불린 중쇄 (IGH) VDJ 지역에서 건설되었다레. 샘플 당 평균 이상 만 절반 이상 VDJ 서열은 VDJ 재배치와 SHM 정보를 모두 포함 시퀀싱, 후 얻었다에. 또한, 사용자 정의 생물 정보학 파이프 라인은 완전히 이러한 샘플 내 IGH-VDJ 레퍼토리의 특성에 대한 서열 정보를 이용하기 위해 개발되었다. 또한, 파이프 라인은 재건 및 진단 종양 진단 및 재발 종양 쌍 사이 클론 진화 패턴 공제 내의 클론 이질성의 시험을 가능 개별 종양 클론 구조의 비교를 허용한다. 여러 진단 – 재발 쌍에이 분석을 적용 할 때, 우리는 여러 독특한 종양 진화 패턴 DLBCL 재발로 이어질 수 있다는 키 증거를 발견. 또한,이 방법은 최소 잔존 질환의 식별, 진행 및 재발 치료 반응을 모니터링하고, 면역 repertoir 조사 등의 다른 임상 적 형태로 확장 될 수있다비 림프종 상황에서 에스.
Introduction
암은 클론 질환이다. 30 년 전에는 피터 C. Nowell는 암 클론 진화 모델 1을 제안 언제부터, 많은 연구는 종양 샘플에서 클론 인구를 해부하고, 종양 발생 과정 (2)를 기초 클론 확장과 진화 패턴을 재구성하기 위해 노력했다. 최근 전체 게놈 시퀀싱은 클론 이질성과 진화 3,4에 깊은 살펴보고 수사를 가능하게했다. 그러나, 다수의 세포 유형에서 취급 용이 마커의 부족으로 인해, 그것은 정확한 클론 아키텍처 진화 경로를 추정하는 것은 곤란하다. 다행히 DLBCL 등 많은 림프 악성 종양이, 유래하는 성숙 B 세포에서 자연 clonality 마커가있다. 항원 자극에 반응하여 이들의 세그먼트 큰 풀에서 함께 세그먼트를 각각 B 세포는 V의 H (가변), D (다이버 시티)을 접합하여 하나의 생산성 IGH VDJ 서열을 형성 할 수 있고, J H는 (결합). 이 홍보 중ocess 원래 서열의 작은 부분이 삭제 될 수 있고, 추가로 비 – 템플릿 뉴클레오티드 고유 VDJ 재 배열을 만들기 위해 첨가 될 수있다. 이 특정 VDJ 재배치 따라서 개인의 성숙 B 세포와 그 자손 (5) 태그,이 B 세포의 모든 자손에 상속 할 수 있습니다. 또한, SHM는 항체의 풀 팽창 및 항체 친 화성 (6)의 향상을위한 추가의 돌연변이를 도입하기 위해 후속 배 중심 (GC) 반응에서 VDJ 재조합 서열에서 일어난다. 따라서, 이러한 비교 과정을 거친 시료 림프종 및 VDJ SHM 패턴을 대조함으로써, 종양 내부의 이질성이 서술 될 수 있고, 질병의 클론 진화 경로가 추론 될 수있다.
이전 VDJ 재 배열 및 SHM은 서열 정보를 얻기 위해 PCR 제품,이어서 생거 시퀀싱 클로닝, 재결합 영역을 PCR 증폭에 의해 식별 될 수있다. 이 방법의 난VDJ 재조합 전체 레퍼토리의 매우 작은 부분을 검색하고, 주어진 샘플 내에 클론 집단의 전체 표현의 특성을 방해 낮은 처리량과 낮은 수율이야. 수정 된 접근 방식은 VDJ PCR 제품에서 NGS 색인 시퀀싱 라이브러리를 생성하고 샘플 당 50 만 재결합 VDJ 시퀀스를 얻기 위해 PE × 150의 BP 시퀀싱을 수행하여 만들어졌습니다. 또한, 사용자 정의 파이프 라인 필터 VDJ 서열은 각 읽기의 재배 열과 SHMS을 식별하고, 각 샘플의 클론 아키텍처 계통 분석을 수행하기 위해 판독, 품질 관리 (QC)를 수행 정렬하기 위해 개발되었다. 또한, 새로운 방법은 또한 다양한 질병의 단계에서 수집 된 샘플 클론 진화 패턴을 특성화하기 위해 설립되었다.
우리는 DLBCL 환자 샘플에이 기술을 적용했습니다. DLBCL 최대 1 일에 자주 재발과 비호 지킨 림프종의 공격적인 형태환자 7 IRD. 일부 5 년 8 이후에 발생하는 않지만 DLBCL 재발은 일반적으로 초기 진단 2 ~ 3 년 내에, 초기 발생합니다. 재발 환자에 대한 예후는 10 %로 인해 제한된 치료 옵션에 삼년 무 진행 생존 달성과 함께, 좋지 않습니다. 이 DLBCL 재발 9,10을 치료하는 새로운 접근 방식에 대한 긴급한 필요에 기초가된다. 그러나, DLBCL 재발과 관련된 분자 메커니즘은 아직 크게 알려져 있지 않다. 특히, DLBCL 재발 개발하는 동안 진단과 클론 진화에 클론 이질성의 역할은, 현재지지 않은 있습니다 어려운 재발을 예측할 수있는 정확하고 유용한 바이오 마커를 정의 할 수있다. 이러한 질문을 해결하기 위해, 우리는 일치 차 진단 – 재발 DLBCL 샘플 쌍의 여러 쌍 우리의 VDJ 시퀀싱 방식을 적용했다. 재발의 두 가지 별개의 클론 진화 시나리오는 진단과 재발 SAMP의 클론 아키텍처의 비교에서 등장여러 분자 메커니즘을 제안 레는 DLBCL 재발에 관여 할 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
때문에 인간 B 세포 IGH 유전자좌 VDJ 재 배열 및 SHM에서 부호화 순서 정보의 반복 거의 무제한, 높은 처리량 깊은 시퀀싱하여 전체 IGH 레퍼토리 검사 클론 서술하는 효율적이고 광범위한 방법 입증 및 서브 클론 B 세포 집단. 더욱이, 이러한 전략은 질환의 다양한 단계를 따라 수집 된 환자 샘플의 클론과 서브 클론 구조를 비교하여 B 세포 종양 발생, 경감 및 재발 클론 진화 경로를 연구하기 위해 사…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Dr Rita Shaknovich and members of Elemento lab, Melnick lab, and Tam lab for thoughtful discussions. We would also like to thank the Genomics Resources Core Facility at Weill Cornell Medical College for performing the VDJ-sequencing. YJ was supported by ASH Scholar Award. WT and OE are supported by Weill Cornell Cancer Center Pilot Grant. OE is supported by the NSF CAREER award, the Starr Cancer Consortium and the Hirschl Trust. We would also like to thank Katherine Benesch, JD, MPH for her generous support to this project.
Materials
| Ethanol | VWR | 89125-170 | 200 proof, for molecular biology |
| TE buffer | Life Technologies | 12090-015 | 10 mM Tris·Cl, pH 8.0; 10mM EDTA |
| Xylenes | VWR | EM-XX0055-6 | 500 ml |
| Proteinase K | Life Technonogies | 25530-015 | 100 mg |
| Deoxynucleotide triphosphate (dNTP) Solution Mix | Promega | U1515 | 10 mM each nucleotide |
| 10x PCR Buffer | Roche | 11699105001 | Without MgCl2 |
| AmpliTaq Gold DNA Polymerase with Gold Buffer and MgCl2 | Life Technonogies | 4311806 | 50 µl at 5 U/µl |
| Specimen Control Size Ladder | Invivoscribe Technologies | 2-096-0020 | 33 reactions |
| IGH Somatic Hypermutation Assay v2.0 – Gel Detection | Invivoscribe Technologies | 5-101-0030 | 33 reactions, Mix 2 for IGVHFR1 detection |
| IGH Gene Clonality Assay – Gel Detection | Invivoscribe Technologies | 1-101-0020 | 33 reactions, Tube B for IGVHFR2 detection |
| GoTaq Flexi DNA Polymerase | Promega | M8291 | 20 µl at 5 U/µl |
| 10X Tris-Borate-EDTA (TBE) buffer | Corning (cellgro) | 46-011-CM | 6×1 L |
| 50X TAE BUFFER | VWR | 101414-298 | 1 L |
| Ethidium bromide solution | Sigma-Aldrich | E1510 | 10 mg/ml |
| 25 bp DNA Ladder | Life Technologies | 10597011 | 1 µg/µl |
| 100 bp DNA Ladder | Life Technologies | 15628-019 | 1 µg/µl |
| UltraPure Agarose | Life Technologies | 16500-500 | 500 g |
| 40% Acrylamide/Bis Solution | Bio-Rad Laboratories | 1610144 | 500 ml |
| QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | 50 columns |
| Agencourt AMPure XP | Beckman Coulter | A63881 | |
| Qubit dsDNA High Sensitivity Assay Kit | Life Technologies | Q32854 | |
| High Sensitivity DNA Kit | Agilent Technologies | 5067-4626 | |
| 2100 Bioanalyzer | Agilent Technologies | ||
| PhiX Control v3 | Illumina | FC-110-3001 | |
| MiSeq | Illumina | ||
| Qubit 2.0 Fluorometer | Life Technologies | Q32872 | |
| Resuspension buffer (Illumina TruSeq DNA Sample Preparation Kit v2) | Illumina | FC-121-2001 | |
| End repair mix (Illumina TruSeq DNA Sample Preparation Kit v2) | Illumina | FC-121-2001 | |
| A-tailing mix (Illumina TruSeq DNA Sample Preparation Kit v2) | Illumina | FC-121-2001 | |
| Ligation mix (Illumina TruSeq DNA Sample Preparation Kit v2) | Illumina | FC-121-2001 | |
| DNA adaptor index (Illumina TruSeq DNA Sample Preparation Kit v2) | Illumina | FC-121-2001 | |
| Stop ligation buffer (Illumina TruSeq DNA Sample Preparation Kit v2) | Illumina | FC-121-2001 | |
| PCR primer cocktail (Illumina TruSeq DNA Sample Preparation Kit v2) | Illumina | FC-121-2001 | |
| PCR master mix (Illumina TruSeq DNA Sample Preparation Kit v2) | Illumina | FC-121-2001 | |
| Magnetic stand | Life Technologies | 4457858 | |
| Gel imaging system | Bio-Rad Laboratories | 170-8370 |
References
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