摘要：
單細胞組學提供有關單個細胞的未稀釋信息，例如轉錄水平和高度可變蛋白質的序列。 RNase H 依賴性 PCR 啟用的 T 細胞受體測序 (rhTCRseq) 允許對 TCR 域異質性進行高效和高度特異性的分析，以表征免疫反應。試驗小型化有助于將分析縮小到單細胞水平，而不會降低靈敏度或數據質量。小型化的關鍵要求是小體積液體處理，而這是人工無法有效完成的，需要自動化。本應用說明介紹了使用 MANTIS® 液體分配器構建質量與從大量 RNA 中構建相媲美的 rhTCRseq cDNA 文庫。
 
介紹：
我們用核糖核酸酶 H 依賴性 PCR 啟用的 T 細胞受體測序 (rhTCRseq) 來進行單細胞 TCR 庫分析。與從總 RNA 文庫制備中重建 TCR 相比，該方法更加精簡，提高了獲取配對 TCR 亞基（α 和 β）異質性信息的成功率，并確保了整個互補決定區 3 (CDR3) 的恢復。
rhTCRseq 使用高度特異性的 PCR 來實現從 TCR mRNA 中靶向擴增 α- 和 β- CDR3 片段。依靠 RNase H 在 PCR 過程中配對時原位生成功能性引物大大提高了該方法的特異性，同時減少了引物二聚體形成和脫靶擴增。工作流程（圖 1）開始于我們將單個細胞分類到微孔板中，然后是裂解、cDNA 文庫生成、TCR 特異性擴增、對混合樣本進行第二次 PCR 以創建測序文庫和測序。
   
此前，Trombetta 等人開發了一種用于 96 孔格式的單細胞 RNA 測序的協議。通過將 384 孔板中的實驗小型化來開發 rhTCRseq 實驗方案，將所需樣品體積減少了十倍。
試驗小型化有幾個好處，包括提高靈敏度、減少樣品量、提高數據質量和提高通量，同時降低成本和減少廢物產生。然而，試驗小型化的一個挑戰是準確和精確地分配小體積試劑。為了解決這個問題，Dana-Farber 癌癥研究所的研究人員使用 MANTIS 液體分配器在 384 孔板中將單細胞 rhTCRseq 試驗小型化。
MANTIS 是一種自動化、非接觸式、高精度的液體分配器，具有極低的死體積（圖 2）。 其獨特的基于隔膜的微流體泵被我們稱為“芯片”，它可以分配最低 100 nL 的體積，CV 值低于 3%。用戶可以通過將充滿試劑的移液器吸頭直接插入芯片來提供試劑，從而將死體積減少到幾微升。 MANTIS 兼容最多 1536 孔的任何板密度，并且能夠將任何體積分配到任何孔中。它的芯片可以處理從 1 cP（類似水）到 25 cP（相當于室溫下 70% 的甘油溶液）的粘度。 所有這些特性使 MANTIS 非常適合單細胞組學。本應用說明展示了構建高質量 cDNA 文庫以對單細胞 T 細胞受體 mRNA 進行高效測序的工作流程。

材料和方法：  

1. 將單個細胞分選到 Twin.tec 384 孔 PCR 板（Eppendorf）中。
2. 使用 MANTIS 分液器 (FORMULATRIX)，將裂解混合物 (1 μL) 分配到板的每個孔中。
3. 將微孔板轉移到熱循環儀中，并以以下方案運行：50 °C 30 分鐘，72 °C 5 分鐘和 4 °C（保持）。
4. 使用 MANTIS 將 RT 混合物 (1 μL) 分配到板的每個孔中。
5. 熱循環執行如下：42 °C 90 分鐘，70 °C 10 分鐘，和 4 °C（保持）。
6. 使用 MANTIS，將 PCR 混合物 (8 μL) 分配到板的每個孔中。
7. 將板轉移至熱循環儀，并執行以下 PCR 方案：

1. 使用 1 mL 移液器吸頭作為儲液器，然后使用 MANTIS 將 11 μL ProNex 珠子 (Promega)分配至板的每個孔中。
2. 將微孔板在室溫下培養 10 分鐘。
3. 將微孔板置于 MagnaBot 384 磁力分離臺 (Promega) 上直至溶液澄清。使用 8 通道移液器移去上清液。
4. 使用 MANTIS，在每個孔中分配 30 μL 洗滌緩沖液。
5. 洗滌并風干微珠后，使用 MANTIS 將 17 μL 洗脫緩沖液添加到每個孔中。
6. 將板在室溫下培養 5 分鐘。
7. 將微孔板置于 MagnaBot 384 上直至溶液澄清，并將 15 μL 上清液從每個孔轉移到新板中。
8. 使用 2100 生物分析儀 (Agilent) 確定純化的 cDNA 文庫的質量和數量。

 
結果：
單細胞 cDNA 文庫每次運行的平均濃度介于 0.5 和 6.1 ng/μl 之間。單細胞 cDNA 文庫的平均片段大小約為 2000 bp，很少或沒有小于 400 bp 的物種（圖 3，紅色軌跡）。 Trombetta 等人針對 96 孔板中的 Smart-Seq2 單細胞 cDNA 文庫報告了類似的結果。 這表明在 384 孔板中使用小型化方案不會影響 cDNA 文庫中的片段分布。
來自 384 個單細胞池的最終 rhTCRseq 文庫的生物分析儀軌跡顯示 260–400 bp 的片段（圖 3，藍色軌跡）。 在使用散裝 RNA 制備的 rhTCRseq 文庫中觀察到類似的片段大小（圖 3，綠色跡線）。這些結果進一步證實，基于單細胞的小型化方案產生的結果可與大量 RNA 方法相媲美。
 
   
總結：
rhTCRseq 的單細胞 RNA-seq 文庫制備規模已成功縮小 10 倍。 由此產生的全尺寸 cDNA 文庫片段大小分布與先前報告的數據一致。 最終的 rhTCRseq 文庫片段分布在由大量 RNA 生成的文庫和 384 個單細胞之間是相似的。我們得出結論，RNAseq 反應的小型化不會影響文庫的質量或靈敏度。雖然小型化對液體處理提出了嚴格的要求，但這項工作表明 Mantis 非常適合中等通量 RNAseq 和類似組學應用的小型化。