人类白细胞抗原(HLA)基因分型

——by不是杀杀

主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC),又称主要组织相容性复合基因,是存在于大部分脊椎动物基因组中的一个基因家族,与免疫系统密切相关。MHC有两个类型,第一类MHC(I型)处理细胞内部被分解后的蛋白质(例如病毒的),其分布最广,存在于体内所有有核细胞表面。而第二类MHC(II型)主要在某些免疫细胞表面表达,其功能在于当外部入侵者经过胞吞并利用溶酶体处理后形成碎片,MHC与这些碎片结合,并呈现在细胞表面上供T细胞所辨识(呈递抗原)。

其中人类的MHC糖蛋白,又称为人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,简称HLA),与人类的免疫系统功能密切相关。其位于6号染色体的短臂上(6p21.31),包括一系列紧密连锁的基因座,部分基因编码细胞表面抗原,成为每个人的细胞不可混淆的“特征”,是免疫系统区分自身和异体物质的基础。HLA基因高度多态化,存在许多不同的等位基因,因此能够细致调控后天免疫系统。此外,在进行移植手术时人类白细胞抗原决定组织相容性。捐献者和接受者的人类白细胞抗原越相似,排异反应就越小。只有同卵双胞胎的人类白细胞抗原是完全一样的。

HLA根据不同的基因位点分为三大类型:I型,II型和III型


图片出处:http://sciscogenetics.com/technology/human-leukocyte-antigen-complex/

基于HLA基因座的高度多态性,且由于目前有众多的研究在深入了解HLA类型和疾病之间的关系,因此HLA分型在免疫学分析中是不可或缺的。在了解HLA基因分型之前让我们先看看HLA等位基因的命名方式。

HLA等位基因命名方法

HLA等位基因命名方法示意图
从示意图可以看出,一个HLA 等位基因可以分成四个字段,在加上最后的修饰后缀,共5个字段;在定义HLA分型结果的分辨率时,会根据分型结果的最大位数来判断,例如只给出了字段一,即血清学分类信息,代表的是2位的分型结果;果如最多给出了字段二,即对应的蛋白信息,代表是4位的分型结果;如果最多给出了字段三,即CDS区信息,代表是8位的分型结果。

HLA基因分型
HLA分型的方法主要有血清分型和DNA分型

  1. 血清分型:侧重于分析HLA抗原的特异性,主要通过HLA微量淋巴胞毒实验方法来分析HLA类型,血清学方法是确定HA配型的重要方法,也是国际通用的标准技术。
  2. DNA分型:侧重于分析基因本身,主要分为两种方法:基于核酸序列的识别方法和基于序列分子构型的方法。基于核酸序列的识别方法主要有:PCR-RFLP,PCR-SSO,PCR-SSP,PCR-SBT 以及近年兴起的下代测序的方法。

随着二代测序技术的发展,对高通量测序数据的挖掘显得越来越重要,如何从海量的测序数据中识别出HLA序列从而对其进行分型呢?近年来有许多研究者开发了基于二代测序数据的HLA基因分型方法,这些方法各有各的优势以及侧重点。

基于全外显子组测序(WES)或全基因组测序(WGS)的HLA分型算法及工具

  1. ATHLATES(2013年) [PMID: 23748956]
  2. ALPHLARD (2018年) —— 基于贝叶斯方法的识别工具 [PMID:30384854]


    ALPHLARD分析流程

    a计算每条reads对于每种HLA类型的读取得分(HR得分),从而量化reads来自HLA类型的可能性。根据计算出的HR分数,确定reads是否来自某个HLA基因。B 根据计算出的HR分数,确定reads是否来自某个HLA基因

  3. PHLAT(2014年) [PMID: 24884790]
  4. OptiType(2014年) —— 基于整数线性规划的HLA基因分型算法 [PMID: 25143287]
  5. xHLA (2017年) [PMID:28674023] (听说对硬件要求较高
  6. HLA-HD (2017年) [PMID: 28419628] (较不适用于覆盖区域较少的数据
  7. HLAscan(2017年) —— 基于比对的方法 [PMID: 28499414]

基于转录组测序(RNA-seq)的HLA分型算法及工具

  1. arcasHLA(2020年) [PMID: 31173059]

以及其他一些工具还待收集 ^ _ ^,下次再讲讲如何具体使用这些工具

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