From the choroid plexus to the (sub)ventricular cells for oligodendrocyte (re)generation

Abstract

Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune demyelinating disorder that affects the central nervous system by damaging myelin and axons, but the exact cause of MS remains unclear. It is known that the immune system destroys oligodendrocytes (OLs), the myelinating cells of the CNS, and regardless of the efforts, it remains challenging to induce replacement of the lost OLs. The choroid plexus (CP) is fundamental for brain homeostasis as it secretes the cerebrospinal fluid. It is also a key modulator of neurogenesis and constitutes a site of neuroinflammation. Since MS is an inflammatory disorder, studying the relation between the CP and ventricular-subventricular zone (V-SVZ) is of interest. In this dissertation we explored the role of the CP in the modulation of neural stem cells and OLs progenitor cells (OPCs), located in the SVZ, in order to assess its potential to induce OL (re)generation. For that we used single cell RNA sequencing (scRNA-seq) data from both control and an MS model generated by our team. Here we explored the cell types, RNA velocities and cell-cell communication (CCC) inference. We have characterized the cell populations present in the V-SVZ of controls and MS model, and found differences in the clusters identified. RNA velocity revealed two central cores from where most of progenitor cells seamed to arise from, being one located at the neuronal intermediate progenitor cells cluster and the other one located in the astrocytes cluster. Further analysis has to be performed in order to confirm these results. Concerning CCC inference, we found evidence of signalling pathways between endothelial cells and pericytes with OPCs, which corroborates previous studies where this communication was reported. Together with literature, our data indicates that endothelial cells and pericytes regulate OPCs proliferation through Pdgf signalling. When analyzing the results from CCC inference in the CP-SVZ integrated data we found evidence of a communication from mesenchymal cells at the CP and ependymal cells through Wnt signalling. Another interaction was between OPCs and ependymal cells through TENASCIN signalling. Nevertheless, the existence of this interactions in vivo needs to be further validated.

A esclerose múltipla (EM) é uma desordem autoimune desmielinizante que afeta o sistema nervoso central (SNC) ao danificar a mielina e os axónios, mas a causa exata da EM permanece pouco clara. Sabe-se que o sistema imunitário destrói oligodendrócitos (OLs), as células mielinizantes do SNC, e independentemente dos esforços, continua a ser um desafio induzir a substituição das OLs perdidas. O plexo coroide (PC) é fundamental para a homeostase cerebral, uma vez que segrega o líquido cefalorraquidiano (LCR). É também um modulador chave da neurogénese e constitui um local de neuroinflamação. Uma vez que a EM é uma doença inflamatória, o estudo da relação entre o PC e a zona ventrículo-subventricular (Z-VSV) é de interesse. Nesta dissertação exploramos o papel do PC na modulação das células estaminais neurais e células progenitoras de OLs (CPO), localizadas na SVZ, a fim de avaliar o seu potencial para induzir a (re)geração de OL. Para isso, utilizamos dados de sequenciamento de RNA de célula única (scRNA-seq), tanto de controlo como de um modelo MS gerado pela nossa equipa. Aqui exploramos os tipos celulares, as velocidades de ARN e a inferência de comunicação célula-célula (CCC). Caracterizámos as populações celulares presentes na V-SVZ dos controlos e modelo MS, e encontramos diferenças nos clusters identificados. A velocidade do RNA revelou dois núcleos centrais de onde surgiu a maioria das células progenitoras, estando um localizado no aglomerado de células progenitoras neuronais intermédias e o outro localizado no aglomerado de astrócitos. É necessário efetuar uma análise mais aprofundada a fim de confirmar estes resultados. Em relação à inferência CCC, encontramos provas de vias de sinalização entre células endoteliais e pericitos com OPC, o que corrobora estudos anteriores onde esta comunicação foi relatada. Juntamente com a literatura, os nossos dados indicam que as células endoteliais e os pericitos regulam a proliferação de CPOs através da sinaçlização Pdgf. Ao analisar os resultados da inferência de CCC nos dados integrados do CP-SVZ, encontrámos provas de uma comunicação de células mesenquimais no CP e células ependimárias através da sinalização Wnt. Outra interação foi entre OPCs e células ependimárias através da sinalização de TENASCIN. No entanto, a existência destas interações in vivo precisa de ser mais validada.