The embryonic cerebrospinal fluid (eCSF) plays an essential role in the development of the central nervous system (CNS), influencing processes from neurogenesis to lifelong cognitive functions. An important process affecting eCSF composition is inflammation. Inflammation during development can be studied using the maternal immune activation (MIA) mouse model, which displays altered cytokine eCSF composition and mimics neurodevelopmental disorders including autism spectrum disorder (ASD). The limited nature of eCSF as a biosample restricts its research and has hindered our understanding of the eCSF's role in brain pathologies. Specifically, investigation of the small molecule composition of the eCSF is lacking, leaving this aspect of the eCSF composition under-studied. We report here the eCSF metabolome as a resource for investigating developmental neuropathologies from a metabolic perspective. Our reference metabolome includes comprehensive MS

The choroid plexus (ChP), located in each brain ventricle, produces cerebrospinal fluid (CSF) and forms the blood-CSF barrier, but is under-characterized. Here, we combine single cell RNA-Seq and spatial mapping of RNA and proteins to construct an atlas of each ChP in the developing and adult mouse brain. Each ChP comprises of epithelial, endothelial, mesenchymal, immune, neuronal, and glial cells, with distinct subtypes, differentiation states and anatomical locations. Epithelial, fibroblast, and macrophage populations had ventricle-specific, regionalized gene expression programs across the developing brain. Key cell types are retained in adult, with loss of developmental signatures and maturation of ventricle-specific regionalization in the epithelial cells. Expression of cognate ligand-receptor pairs across cell subtypes suggests substantial cell-cell interactions within the ChP. Our atlas sheds new light on the development and function of the ChP brain barrier system, and will facilitate future studies on its role in brain development, homeostasis and disease.

The cerebrospinal fluid (CSF) serves various roles in the developing central nervous system (CNS), from neurogenesis to lifelong cognitive functions. Changes in CSF composition due to inflammation can impact brain function. We recently identified an abnormal cytokine signature in embryonic CSF (eCSF) following maternal immune activation (MIA), a mouse model of autism spectrum disorder (ASD). We hypothesized that MIA leads to other alterations in eCSF composition and employed untargeted metabolomics to profile changes in the eCSF metabolome in mice after inducing MIA with polyI:C. We report these data here as a resource, include a comprehensive MS1 and MS2 reference dataset, and present additional datasets comparing two mouse strains (CD-1 and C57Bl/6) and two developmental time points (E12.5 and E14.5). Targeted metabolomics further validated changes upon MIA. We show a significant elevation of glucocorticoids and kynurenine pathway related metabolites. Both pathways are relevant for suppressing inflammation or could be informative as disease biomarkers. Our resource should inform future mechanistic studies regarding the etiology of MIA neuropathology and roles and contributions of eCSF metabolites to brain development.

ABSTRACT Cerebrospinal fluid (CSF) provides vital support for the brain. Abnormal CSF accumulation is deleterious for perinatal neurodevelopment, but how CSF leaves the brain during this critical period is unknown. We found in mice a postnatal neurodevelopmental transition phase featuring precipitous CSF K + clearance, accompanied by water, through the choroid plexus (ChP). The period corresponds to a human fetal stage when canonical CSF clearance pathways have yet to form and congenital hydrocephalus begins to manifest. Unbiased ChP metabolic and ribosomal profiling highlighted this transition phase with increased ATP yield and activated energy-dependent K + transporters, in particular the Na + -K + -Cl − and water cotransporter NKCC1. ChP-targeted NKCC1 overexpression enhanced K + -driven CSF clearance and enabled more permissive cerebral hydrodynamics. Moreover, ventriculomegaly in an obstructive hydrocephalus model was improved by ChP-targeted NKCC1 overexpression. Collectively, we identified K + -driven CSF clearance through ChP during a transient but critical neurodevelopmental phase, with translational value for pathologic conditions.

ABSTRACT The choroid plexus (ChP) is a vital brain barrier and source of cerebrospinal fluid (CSF). Here, we use chronic two-photon imaging in awake mice and single-cell transcriptomics to demonstrate that in addition to these roles, the ChP is a complex immune organ that regulates brain inflammation. In a mouse meningitis model, neutrophils and monocytes accumulated in ChP stroma and surged across the epithelial barrier into the CSF. Bi-directional recruitment of monocytes from the periphery and, unexpectedly, macrophages from the CSF to the ChP helped eliminate neutrophils and repair the barrier. Transcriptomic analyses detailed the molecular steps accompanying this process, including the discovery of epithelial cells that transiently specialized to nurture immune cells, coordinate their recruitment, survival, and differentiation, and ultimately, control the opening/closing of the ChP brain barrier. Collectively, we provide a new conceptual understanding and comprehensive roadmap of neuroinflammation at the ChP brain barrier.