Objasnění buněčných a molekulárních mechanismů vývoje choroidního plexu zadním mozku

Mgr. Petra Kompaníková, Ph.D.

Disertační práce

Deciphering cellular and molecular principles of hindbrain choroid plexus development

Anotace:

Choroidní plexus zadního mozku (z anglického Hindbrain Choroid Plexus, HbChP) je vysoce vaskularizovaná tkáň, která vyrůstá do čtvrté mozkové komory. V této oblasti produkuje mozkomíšní mok, životně důležitou tělní tekutinu nezbytnou pro vztlak mozku, jeho mechanickou ochranu, transport živin a odstraňování metabolických odpadních látek. Epitel HbChP navíc aktivně reguluje složení mozkomíšního moku prostřednictvím sekrece bioaktivních molekul, čímž ovlivňuje vývoj a funkci přilehlých nervových tkání. Epitelové buňky HbChP také vytvářejí vysoce selektivní bariéru, která omezuje vstup škodlivých látek do centrálního nervového systému, zatímco umožňuje řízený průchod leukocytů, a tím přispívá k imunitnímu dohledu v mozku. Navzdory širokému spektru funkcí HbChP v centrálním nervovém systému během vývoje i v dospělosti zůstávají mechanismy jeho vzniku a formování charakteristické větvené architektury, která je nezbytná pro vytvoření rozsáhlé sekreční plochy, stále nedostatečně objasněny. Za účelem zaplnění této mezery využívá výzkum prezentovaný v této disertační práci, sestávající ze tří studií, multidisciplinární přístup ke zkoumání vývojových procesů, které řídí formování HbChP u myši. Nejprve jsme pomocí jednobuněčného sekvenování RNA v kombinaci s prostorovou transkriptomikou vytvořili buněčný atlas vyvíjejícího se HbChP. Ukázali jsme, že fibroblasty HbChP divergují z raných progenitorů sdílených s přilehlými meningeálními vrstvami a že epitel vyvíjejícího se HbChP je vysoce dynamický a molekulárně odlišný od okolních tkání již od nejranějších vývojových stadií. Pomocí myších modelů jsme dále prokázali, že pro ustanovení charakteristické větvené morfologie HbChP je nutná signalizace Wnt5a a že působí v úzkém vývojovém časovém okně. Nakonec jsme vyvinuli volně dostupnou platformu pro trojrozměrnou vizualizaci a morfometrickou analýzu struktury HbChP, která umožňuje citlivou detekci morfologických změn a usnadňuje identifikaci molekulárních faktorů řídících jeho růst a organizaci. Souhrnně tato disertační práce přináší zásadní poznatky o ontogenezi HbChP. Předkládané nástroje a datové soubory, které charakterizují jeho buněčné a molekulární složení již od nejranějších stadií vývoje, mohou přispět k vývoji zdokonalených in vitro modelů potřebných pro studium patologií spojených s choroidním plexem a zároveň podpořit budoucí využití tohoto mozkového rozhraní jako brány pro cílené podávání léčiv do centrálního nervového systému.

Abstract:

The Hindbrain Choroid Plexus (HbChP) is a highly vascularized, non-neuronal tissue that extends into the fourth brain ventricle. Here, it produces cerebrospinal fluid (CSF), a vital body fluid essential for brain buoyancy, mechanical protection, nutrient transport, and waste clearance. Importantly, the HbChP epithelium actively regulates CSF composition through the secretion of bioactive molecules, thereby influencing the development and function of adjacent neural tissues throughout life. In addition, HbChP epithelial cells form a highly selective barrier that restricts the entry of harmful substances into the central nervous system (CNS) while permitting controlled leukocyte trafficking, thus contributing to immune surveillance in the brain. Despite the broad range of HbChP functions during CNS development and adulthood, the mechanisms governing the formation of its characteristic branched architecture - required to generate a large secretory surface - remain poorly understood. To address this gap, the research presented in this doctoral thesis, comprising three studies, employs a multidisciplinary approach to investigate the developmental processes that drive murine HbChP formation. First, using single-cell RNA sequencing combined with spatial transcriptomics, we generated a cellular atlas of the developing HbChP. We revealed that HbChP fibroblasts diverge from early progenitors shared with adjacent meningeal layers and that the developing HbChP epithelium is highly dynamic and molecularly distinct from the surrounding tissue from the earliest developmental stages. Using genetic mouse models, we further showed that Wnt5a signalling is essential for establishing the characteristic branched morphology of the HbChP and operates within a narrow developmental window to regulate the formation of the ramified HbChP architecture. Finally, we developed a freely available platform for 3D visualization and morphometric analysis of HbChP structure, enabling sensitive detection of morphological changes and facilitating the identification of molecular drivers of its growth and organization. Collectively, this doctoral thesis provides critical insights into the ontogenesis of the HbChP. The tools and datasets generated in this work, which characterize its cellular and molecular composition from the earliest stages of development, may facilitate the generation of improved in vitro models needed to study ChP-related pathologies and support the future exploitation of this brain interface as a gateway for drug delivery to the CNS.

Keywords

choroid plexus, embryonic development, single-cell RNA sequencing, meninges, choroidní plexus, embryonální vývoj, single-cell RNA sekvenování, mozkové pleny

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 16. 3. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 4. 2026
• Vedoucí: prof. Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D.
• Oponent: PhD. Emma Rakel Andersson, PharmDr. Ján Remšík, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Fyziologie, imunologie a vývojová biologie živočichů / Fyziologie, imunologie a vývojová biologie živočichů