Characterization of the choroid plexus cells transcriptome during development

Abstract

The choroid Plexus (CP) is a brain tissue responsible for the production and secretion of the cerebrospinal fluid (CSF). It lays at the interface of the peripheral blood and the brain, forming the blood CSF barrier, and displays a connected monolayer of epithelial cells that selects the contents from the blood that reach the brain playing a key role in brain homeostasis. In order to have a deeper understanding about the role of the CP in brain development, it is necessary to investigate the CP cell type composition and cellular states throughout several developmental timepoints, which can be performed by transcriptomic analysis. Single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) is a revolutionary technology for transcriptome analysis as it allows a high throughput single-cell gene expression profiling from a tissue. This technique also provides data to infer cellular differentiation and future transcriptomic states. In this work, the CP transcriptome was analysed in three different timepoints (two postnatal stages and one adult) by two techniques bulk RNA-seq and scRNA-seq. While scRNA-seq analysis in the CP allowed the identification of all cell types that compose the CP as well as some differences in the expression profile between the different CP stages, bulk RNA-seq data allowed an overall analysis of the tissue transcriptomics exhibiting a more pronounced differential gene expression analysis between CP stages. Bulk RNA-seq data analysis demonstrated that CP cells at earlier stages are enriched in genes associated with cell division (Tuba1a, Cul) and cell adhesion (Tubb, Actb, Col4a1) while in adulthood CP was enriched in genes associated to lipid and mitochondrial pathways, such as Ascl3 and Cox8b, respectively. Importantly, scRNA-seq data analysis not only confirmed part of the bulk RNA-seq data but also lead to the identification of a subgroup in epithelial cells that expressed ciliogenesis genes in the early stages of development. Furthermore, the differentially expressed genes uncovered by bulk RNA-seq were assigned to cell types in scRNA-seq. This study unravels several pathways enriched in developmental stages that will be investigated in the future for their role in brain development modulation.

O plexo coróide (PC) é um tecido cerebral responsável pela produção e secreção do líquido cefalorraquidiano (LCR). É situado na interface do sangue periférico e do cérebro, formando a barreira sangue-LCR, e exibe uma monocamada conectada de células epiteliais que seleciona o conteúdo do sangue que chega ao cérebro, desempenhando um papel fundamental na homeostase cerebral. De modo a ter um entendimento mais profundo sobre o papel do CP no desenvolvimento do cérebro, é necessário investigar a composição dos tipos de células do CP e os seus respetivos estados celulares ao longo de vários estágios de desenvolvimento, que podem ser realizados por análise transcriptómica. O sequenciamento de RNA de célula única (scRNA-seq) é uma tecnologia revolucionária para análise de transcriptoma, pois permite um gerar um perfil da expressão génica de cada célula de um tecido, com elevado rendimento. Esta técnica também fornece dados para inferir a diferenciação celular e futuros estados transcriptómicos. Neste trabalho, o transcriptoma do PC foi analisado em três diferentes momentos (dois estágios pós-natais e um adulto) por duas técnicas bulk RNA-seq e scRNA-seq. Enquanto a análise de scRNA-seq no PC permitiu a identificação de todos os tipos de células que compõem o PC, bem como algumas diferenças no perfil de expressão entre os diferentes estágios do PC, os dados em Bulk RNA-seq permitiram uma análise geral da transcriptómica do tecido exibindo uma análise diferencial mais acentuada de expressão génica entre os vários estágios do PC. A análise de dados Bulk RNA-seq demonstrou que as células PC em estágios iniciais são enriquecidas em genes associados à divisão celular (Tuba1a, Cul) e adesão celular (Tubb, Actb, Col4a1) enquanto na idade adulta a CP foi enriquecida em genes associado às vias lipídicas e mitocondriais, como Ascl3 e Cox8b, respectivamente. É importante realçar que a análise de dados de scRNA-seq não só confirmou parte dos dados de Bulk RNA-seq, mas também levou à identificação de um subgrupo em células epiteliais que expressaram genes de Ciliogénese nos estágios iniciais de desenvolvimento. Além disso, os genes diferencialmente expressos descobertos por Bulk RNA-seq foram atribuídos a tipos de células em scRNA-seq. Este estudo pretende revelar vários caminhos enriquecidos em estágios de desenvolvimento que serão investigados no futuro por seu papel na modulação do desenvolvimento do cérebro.