The impact of choroid plexus derived factors in the subventricular zone neural progenitor cells niche

Abstract

Neurogenesis is the complex process of generating new neurons from their progenitor cells. It occurs both in developmental stages and in adulthood (in the latter case mainly in two brain areas, the subventricular zone (SVZ) and the subgranular zone). Neural stem cells (NSCs) and their progeny are regulated by a proper balance of intrinsic and extrinsic factors. One source of extrinsic factors is the choroid plexuses (CPs), located inside the cerebral ventricles. CPs play active roles in barrier function, secretion and as major regulator of the cerebrospinal fluid (CSF) composition. The SVZ neurogenic niche and the lateral ventricles are in close proximity and NSCs project their apical process into the lateral ventricles being under direct influence of CSF signaling. Thereby, it is plausible to assume that CP, through the modulation of CSF composition, can impact neurogenesis at embryonic and adult SVZ. Thus, the aim of this master thesis was to provide new insights on how molecules secreted by the CP affect the SVZ neurogenic niche. For this purpose, we selected two candidate proteins to study their hypothetic effect in SVZ cells: amphiregulin (AREG) and insulin growth factor binding protein 2 (IGFBP2), both known to be secreted by the CP towards the CSF. For this we used two in vitro techniques, a clonal assay and a differentiation assay, allowing us to study the impact of these proteins in proliferation and differentiation of human neuro progenitor cells. We also evaluated the effects of each protein in the SVZ of adult rats in terms of proliferation, cell cycle index and formation of new immature neurons. Moreover, as an additional aim, we intended to analyze the CP in key milestones of development to determine the temporal changes in the CP transcriptome and then correlate it with developmental changes known to occur in the SVZ cell population. For the transcriptome analysis, we extracted RNA from CP of animals in postnatal day 1, 4, 7, 10 and 60 and sequenced it by RNA-Seq. Our results indicate that AREG increases cell proliferation associated with a superior number of cells reentering the cell cycle and increases the number of newborn neurons. Regarding the experiments performed with IGFBP2 they indicate that this protein can increase proliferation rate and the number of cells reentering the cell cycle. This is accompanied with an augment in the number of newly born neuroblasts. In summary, the data presented here provides novel insights for two factors, secreted by the CP, that are playing a role in the modulation of SVZ neurogenic niche.

A neurogénese é um processo complexo que leva à formação de novos neurónios a partir de células progenitoras. Este processo acontece tanto em estadios de desenvolvimento embrionário como no estado adulto (neste caso ocorre maioritariamente em duas áreas do cérebro, a região subventricular e a região subgranular). As células neuronais estaminais e a sua descendência são reguladas pelo balanço adequado de fatores intrínsecos e extrínsecos. Uma das fontes de fatores extrínsecos é o plexo coroide, localizado no interior dos ventrículos cerebrais. O plexo coroide tem um papel ativo em funções de barreira e secreção, bem como na modulação da composição do liquido cefalo-raquidiano (LCR). O nicho neurogénico da região subventricular e os ventrículos laterais são estruturas próximas e as células neuronais estaminais projetam o seu processo apical para o ventrículo lateral, estando desta forma sob a influência direta da sinalização do LCR. Assim, é plausível assumir que o plexo coróide, através da modulação da composição do LCR, consegue modular a neurogénese na região subventricular tanto no estado embrionário como no adulto. Desta forma, nesta tese de mestrado foi objetivo explorar de que forma moléculas secretadas pelo plexo coroide afetam o nicho neurogénico da região subventricular. Para tal, selecionámos duas proteínas para estudar o seu potencial impacto nas células da região subventricular: a anfiregulina (AREG) e a proteína de ligação 2 ao fator de crescimento insulina (IGFBP2), ambas secretadas pelo plexo coróide para o LCR. Para este estudo aplicamos duas técnicas in vitro, um ensaio clonal e um ensaio de diferenciação, que nos permitiram avaliar o efeito das proteínas na proliferação e diferenciação de células neuronais progenitoras humanas. Avaliamos também, in vivo, o efeito de cada proteína na região subventricular de ratos adultos em termos de proliferação, índice do ciclo celular e formação de novos neurónios imaturos. Como outro objetivo do trabalho propusemo-nos ainda a analisar as alterações temporais do transcriptoma do plexo coróide em alturas específicas do desenvolvimento, para posteriormente as correlacionar com alterações que ocorrem na população de células da SVZ. Para a análise do transcriptoma, extraímos RNA do CP de animais no dia pós-natal 1, 4, 7, 10 e 60 e sequenciámo-lo por RNA-Seq. Os nossos resultados indicam que a AREG aumenta a proliferação celular, com um aumento no numero de células a reentrarem no ciclo celular, aumentando também o número de novos neurónios imaturos. Resultados similares foram observados quando testámos os efeitos da IGFBP2, uma vez que observámos um aumento da proliferação acompanhado de um número superior de células a reentrarem no ciclo celular e no número de novos neuroblastos. Em suma, os dados apresentados aqui demonstram o papel desempenhado por dois fatores secretados pelo plexo coróide na modulação do nicho neurogénico da região subventricular.