Dissecting the Roles of SNAP-29 in Synaptic Function and Plasticity

Abstract

As proteínas SNARE são elementos célulares conhecidos por mediar a fusão de membranas, como por exemplo na exocitose. O complexo SNARE mais estudado é composto por SNAP-25, sinaptobrevina/VAMP-2 e sintaxina-1, e é o principal responsável pela libertação de neurotransmissores nas sinapses. Recentemente, foram identificadas outras isoformas de proteínas deste complexo, sendo uma delas a SNAP-29, que pertence à família da SNAP-25. Ao contrário de outras SNAPs transmembranares, esta apresenta uma localização citosólica e está associada a funções não convencionais, nomeadamente autofagia, na via endocítica e na divisão celular. A SNAP-29 também pode ser encontrada nos terminais sináticos onde se sugere que tenha um papel no dissociação e reciclagem do complexo SNARE. Curiosamente, estudos genéticos associam o gene da SNAP-29 com uma rede de genes ligados à esquizofrenia, fazendo desta proteína uma candidata promissora para o risco de desenvolver esta doença, que é caracterizada por atividade neuronal anormal. Porém, as funções neuronais desempenhadas pela SNAP-29 permanecem bastante inexploradas. Neste trabalho, procuramos elucidar novas possíveis funções neuronais para a SNAP-29, incluindo no desenvolvimento neuronal, na transmissão sináptica e na plasticidade sináptica. Para tal, estabelecemos dois modelos celulares: culturas primárias corticais de rato expressando um shRNA para reduzir expressão de SNAP-29 (knockdown) e culturas corticais primárias desenvolvidas a partir de ratinhos com inativação do gene da SNAP-29 (knockout). Através de abordagens eletrofisiológicas e imunocitoquímicas caracterizámos estas culturas neuronais, revelando possíveis implicações desta proteína no seu desenvolvimento, em propriedades elétricas da membrana e na função sináptica. A interferência com a expressão da SNAP-29 causa alterações nas propriedades dos potenciais de ação, regula componentes pré-sinápticos de sinapses excitatórias (mas não inibitórias) e modula a atividade de recetores AMPA na membrana pós-sináptica. De um modo geral, estes dados ilustram possíveis mecanismos regulados pela SNAP-29 que podem ser relevantes para o desenvolvimento de esquizofrenia ou outras disfunções cerebrais.

SNARE proteins are well-known elements involved in membrane fusion events, namely exocytosis. The best-studied SNARE complex is composed of SNAP-25, synaptobrevin/VAMP-2, and syntaxin-1, and is the main responsible for neurotransmitter release at synapses. More recently, alternative protein isoforms of this canonical complex were discovered, one of which is SNAP-29, a protein belonging to the SNAP-25 family. Unlike other transmembrane SNAPs, it displays a cytosolic localization and is associated with unconventional functions such as autophagy, endocytic recycling, and cell division. SNAP-29 is also found in synaptic terminals where it may play a role in SNARE complex disassembly and recycling. Interestingly, genetic studies link the SNAP-29 gene with a schizophrenia gene network, making it a promising candidate for this disorder, characterized by abnormal neuronal activity. However, the neuronal functions of SNAP-29 remain largely unexplored. In this work, we sought to shed light on possible neuronal functions of SNAP-29, including in neuronal development, synaptic transmission, and synaptic plasticity. For this, we established two cellular models: acute SNAP-29 knockdown in rat cortical cultures employing an shRNA and cortical cultures from SNAP-29 knockout mice. Through electrophysiological and immunolabeling approaches we characterized these neuronal cultures to reveal the implication of SNAP-29 in their development, membrane electrical properties, and synaptic function. We found that interfering with SNAP-29 expression causes alterations in action potential properties, regulates presynaptic components of excitatory (but not inhibitory) synapses and modulates the activity of AMPA receptors at the postsynaptic membrane. Altogether, these data illustrate several mechanisms regulated by SNAP-29 that could play a role in schizophrenia or other brain disorders.