我院刘琬璐研究员和鲁林荣教授课题组合作开发的人类抗原受体数据库huARdb在Nucleic Acids Research上发表

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近日,浙江大学爱丁堡大学联合学院(ZJE)刘琬璐研究员和鲁林荣教授课题组在Nucleic Acids Research杂志发表题为huARdb: human Antigen Receptor database for interactive clonotype-transcriptome analysis at the single-cell level的合作研究论文。ZJE 2021届生物医学专业吴利则(现浙江大学医学院博士研究生)及薛子为(现ZJE博士研究生)为本文共同第一作者, 论文通讯作者为ZJE刘琬璐研究员和鲁林荣教授。该研究通过收集公开的单细胞免疫组库(single-cell immune profiling)数据,建立了首个基于单细胞免疫组测序的人类T细胞受体(TCR)和B细胞受体(BCR)数据库,开发了包含多种转录组及免疫受体数据分析工具的交互可视化网页工具,使生物学家能够联合分析免疫组库数据中克隆型-转录组特征,以及联合分析单细胞水平上的基因表达特征和TCR/BCR特征。

文章地址:https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab857/6381136

huARdb数据库网址:https://huarc.net/database


适应性免疫由T细胞和B细胞介导,负责特异性抗原的识别与清除并形成长效免疫记忆1, 2。T细胞或B细胞均依赖其细胞表面表达的抗原受体,即T细胞受体(TCR)或B细胞受体(BCR)对抗原进行特异性识别3。在T细胞和B细胞成熟过程中,随机的V(D)J基因重组产生每个细胞独一无二的TCR/BCR,在人体内形成具有高度多样性的TCRs/BCRs库4,以应对环境中丰富多样的病原生物。单细胞免疫组库分析联合单细胞转录组分析使正常和病理条件下单个TCR/BCR克隆型和功能的高通量研究得以实现。过去时间里产生的大量公开的单细胞免疫组库数据需要深入分析,以揭示更多免疫学机制。然而,目前尚没有方法可以对已发表的单细胞免疫组库数据进行再利用和无偏的整合分析。


huARdb数据库收集了215份单细胞免疫组库数据。这些数据来自于493个不同的测序文库, 24种不同组织和12种不同疾病模型。作者通过使用统一的数据处理流程对每个单细胞免疫组库数据处理,得到每个数据集的单细胞水平TCR/BCR和转录组特征。作者同时开发了网页以展示数据库各数据集的转录组相关特征和TCR/BCR相关特征。用户可以在主页上观看操作演示视频,通过疾病、组织类型、细胞类型索引、分析感兴趣的样本。对于单个免疫组库数据集,用户可以查看样本数据的各项转录组特征,例如各亚型细胞在tSNE图上的分布。当用户对某一细胞亚型感兴趣时,可以在网页菜单中选择相应细胞亚型名称,高亮特定亚型的细胞分布。


该研究首次开发了克隆型-转录组联合可视化分析方法。可以通过细胞TCR/BCR特征定义细胞克隆型。用户不仅可以查看各克隆型的细胞频率,也可以分析数据集内高度扩增克隆细胞的转录组特征,如可以看到和分析每个克隆型内细胞亚型的分布信息,以及在单细胞水平上查看高度扩增克隆型细胞的TCR/BCR信息和转录组信息(图1)。通过人类抗原受体数据库和交互可视化网页分析工具,不同免疫环境下的TCR/BCR所发挥的功能将被进一步揭示。

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图1:huARdb数据库信息整合分析示意图


ZJE助理研究员金雪潇博士、博士后白亚丹、博士研究生郭奕鑫、科研助理金颸倩和生物医学本科生张金淳等也参与了此项研究。该工作还得到了ZJE James Q. Wang研究员、王超尘研究员、浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院刘佐珠研究员、浙江大学医学院汪洌教授的支持。论文课题得到了国家自然科学基金、浙大云、阿里云、阿里巴巴-浙江大学未来数字医疗联合研究中心的资助。


参考文献

1. Lee,S.W. and Whelan,R.L. (2006) Immunologic and oncologic implications of laparoscopic surgery: what is the latest? Clin. Colon Rectal. Surg., 19, 5–12.

2. Natoli,G. and Ostuni,R. (2019) Adaptation and memory in immune responses. Nat. Immunol., 20, 783–792.

3. Dong,D., Zheng,L., Lin,J., Zhang,B., Zhu,Y., Li,N., Xie,S., Wang,Y., Gao,N. and Huang,Z. (2019) Structural basis of assembly of the human T cell receptor-CD3 complex. Nature, 573, 546–552.

4. Qi,Q., Liu,Y., Cheng,Y., Glanville,J., Zhang,D., Lee,J.Y., Olshen,R.A., Weyand,C.M., Boyd,S.D. and Goronzy,J.J. (2014) Diversity and clonal selection in the human T-cell repertoire. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 111, 13139–13144.



课题组介绍

About lab

刘琬璐课题组的主要研究方向为表观遗传学、基因组学、生物信息学、干细胞及再生医学,目前正致力于研究转座子的表观调控机制及其在细胞命运决定过程中的作用,实验室也侧重于多组学数据集单细胞数据的生物信息算法、数据库、网页工具等开发。


邮箱:wanluliu@intl.zju.edu.cn;

实验室网址:https://labw.org


鲁林荣课题组的主要研究方向是用分子生物学、细胞生物学、实验动物模型和生物信息等研究手段揭示免疫调节的机制。尤其对胸腺T细胞发育、CD8+ T细胞亚群和具有免疫调节功能新分子的研究感兴趣,同时对自身免疫性疾病和肿瘤的免疫治疗的策略进行研究。


邮箱:lu_linrong@zju.edu.cn;

实验室网址:https://person.zju.edu.cn/llr