Synaptotagmin-1 and Synaptotagmin-7 Trigger Synchronous and Asynchronous Phases of Neurotransmitter Release

Abstract

In forebrain neurons, knockout of synaptotagmin-1 blocks fast Ca2+-triggered synchronous neurotransmitter release, but enables manifestation of slow Ca2+-triggered asynchronous release. Here, we show using single-cell PCR that individual hippocampal neurons abundantly co-express two Ca2+-binding synaptotagmin isoforms, synaptotagmin-1 and synaptotagmin-7. In synaptotagmin-1 deficient synapses of excitatory and inhibitory neurons, loss-of-function of synaptotagmin-7 suppressed asynchronous release. This phenotype was rescued by wild-type but not mutant synaptotagmin-7 lacking functional Ca2+-binding sites. Even in synaptotagmin-1 containing neurons, synaptotagmin-7 ablation partly impaired asynchronous release induced by extended high-frequency stimulus trains. Synaptotagmins bind Ca2+ via two C2-domains, the C2A- and C2B-domains. Surprisingly, synaptotagmin-7 function selectively required its C2A-domain Ca2+-binding sites, whereas synaptotagmin-1 function required its C2B-domain Ca2+-binding sites. Our data show that nearly all Ca2+-triggered release at a synapse is due to synaptotagmins, with synaptotagmin-7 mediating a slower form of Ca2+-triggered release that is normally occluded by faster synaptotagmin-1-induced release, but becomes manifest upon synaptotagmin-1 deletion.

Activity-dependent BDNF release via endocytic pathways is regulated by synaptotagmin-6 and complexin

“…In the absence of applied electrical stimulation, spontaneous release of BDNF-QDs may occur through a fusion mechanism that requires a Syt isoform functional to the resting level of cytoplasmic Ca 2+ . Recent studies have shown that synchronous and asynchronous phases of neurotransmitter release in hippocampal neurons are selectively regulated by Syt1 and Syt7, respectively, with fast Ca 2+ -dependent release facilitated by Syt1 and slower form of Ca 2+ -triggered release mediated by Syt7, whose function is normally occluded by Syt1 (40). Similar dual Syt regulation may also operate for the secretion of endosomal BDNF in the present case.…”

Network synchronization in hippocampal neurons

“…Barium is known to facilitate only the slow-asynchronous release (13,22). To investigate the relative involvement of the slow-asynchronous (scale of seconds) release, we introduced a gradual increase of [Ba 2+ ] o while keeping [Ca 2+ ] o at 0 mM (Fig.…”

“…In particular, calcium plays an important role in controlling collective behavior by participating in synaptic transmission between neurons, regulating the release of neurotransmitter vesicles (13). Furthermore, calcium is important for determining the single cell excitability, for example, by regulating leak currents into the neuron via the NALCN (sodium leak channel) (14,15).…”

La machinerie moléculaire de sécrétion des neurotransmetteurs

“…Nous avions montré auparavant que Syt7, comme Syt1, fonctionne comme senseur de Ca 2+ pour l'exocytose dans les cellules chromaffines et dans d'autres cellules neuroendocrines et endocrines (Sugita et al, 2001 ;Gustavsson et al, 2008Gustavsson et al, , 2009Schonn et al, 2008) et Paul Brehm avait mis enévidence un rôle de Syt7à la jonction neuromusculaire (Wen et al, 2010). Nous avons trouvé que, alors que la perte de fonction de Syt7 ne produisait pas de changement majeur dans la libération de neurotransmetteur dans les neurones de type sauvage , elle inhibait la plus grande part de la libération lente résiduelle déclenchée par le Ca 2+ dans les neurones des mutants Syt1-KO (Bacaj et al, 2013 ;figure 9). Le phénotype perte-de-fonction Syt7 dans les neurones Syt1 -/-ne pouvaitêtre compensé que par des sites de liaisonà Ca 2+ fonctionnels contenant Syt7, ce qui suggérait que Syt7 fonctionne comme un senseur calcique.À l'inverse de Syt1 chez lequel les sites de liaison calciquesà domaine C2Bétaient plus importants que les sitesà domaine C2A, chez le Syt7-KO, l'inhibition des domaines C2B n'avait aucun effet tandis que le blocage des sites de liaison calciques C2A abolissait son activité (Bacaj et al, 2013).…”

“…Nous avons trouvé que, alors que la perte de fonction de Syt7 ne produisait pas de changement majeur dans la libération de neurotransmetteur dans les neurones de type sauvage , elle inhibait la plus grande part de la libération lente résiduelle déclenchée par le Ca 2+ dans les neurones des mutants Syt1-KO (Bacaj et al, 2013 ;figure 9). Le phénotype perte-de-fonction Syt7 dans les neurones Syt1 -/-ne pouvaitêtre compensé que par des sites de liaisonà Ca 2+ fonctionnels contenant Syt7, ce qui suggérait que Syt7 fonctionne comme un senseur calcique.À l'inverse de Syt1 chez lequel les sites de liaison calciquesà domaine C2Bétaient plus importants que les sitesà domaine C2A, chez le Syt7-KO, l'inhibition des domaines C2B n'avait aucun effet tandis que le blocage des sites de liaison calciques C2A abolissait son activité (Bacaj et al, 2013). Ce résultat indique que -de même que pour les autres synaptotagmines de sa classe (Syt1, Syt2 et Syt9) -les mécanismes d'action de Syt1 et Syt7 diffèrent partiellement.…”