SNAP-25 as potential modulator of synaptic plasticity at the climbing fiber-Purkinje cell synapse

In the nervous system the release of a neurotransmitter, a crucial event in neuronal communication, is mediated by the presence of the SNARE complex. SNAP-25, one of the main components of such a complex, is a multifunctional protein; it plays both a mechanistic role by actually participating in the fusion between the vesicles and the presynaptic membrane, and a regulatory role by affecting calcium dynamics through interactions with calcium gated voltage channels. Recent evidences have suggested a correlation between SNAP-25 localization and synaptic properties of different neuronal populations. In the cerebellar cortex, we observed a differential expression of SNAP-25 in the two main excitatory inputs that impinge on the Purkinje cells (PCs). The parallel fibers (PFs), that are SNAP25-positive, have one of the lowest level of release probability (Pr) in the brain and possess short term plasticity characterized by the phenomenon of the pair pulse facilitation (PPF). In contrast, climbing fiber (CF) synapses, that virtually lack SNAP-25, are characterized by the highest Pr and pair pulse depression (PPD). Here, we expressed the SNAP-25 specifically in the CF, to study in vivo its regulatory role on synaptic transmission in particular on short term plasticity. To express stably the protein, we created lentiviral particles carrying the SNAP25-GFP construct that were injected in the inferior olive (IO) of young rats. After three weeks, we performed both electrophysiological and morphological experiments to study the effect of the SNAP-25 overexpression. No changing in the CFs branching were observed. Preliminary results suggest that SNAP-25 does not affect PPD of the CFs as well.

Nel sistema nervoso il rilascio di neurotrasmettitore, evento cruciale nella comunicazione neuronale, è mediato dalla presenza del complesso SNARE. SNAP-25, uno dei componenti di questo complesso, è una proteina multifunzionale; oltre ad essere coinvolta meccanicamente nel rilascio vescicolare, partecipando alla fusione fra le vescicole e la membrana presinaptica, ha anche un ruolo regolatore a livello delle sinapsi tramite un’interazione con i canali voltaggio dipendenti. Prove recenti hanno suggerito una correlazione fra la localizzazione e le proprietà regolative di SNAP-25 in differenti popolazioni neuronali. Nella corteccia cerebellare, abbiamo osservato una differente espressione della SNAP-25 nei due principali input eccitatori che contattano le cellule di Purkinje (PCs). Le fibre parallele, positive per SNAP-25, possiedono uno dei più bassi livelli di probabilità di rilascio (Pr) nel cervello e possiedono plasticità sinaptica a breve termine caratterizzata dal fenomeno della facilitazione in risposta ad impulsi accoppiati (paired-pulse facilitation, PPF). Al contrario, le sinapsi delle fibre rampicanti (CF), che esprimono livelli estremamente bassi di SNAP-25, sono caratterizzate da alta Pr e da depressione in risposta ad impulsi accoppiati (paired-pulse depression, PPD).In questo studio abbiamo studiato per la prima volta in vivo, tramite un approccio multidisciplinare, il ruolo regolatore di SNAP-25 sulla trasmissione sinaptica in particolare sulla plasticità a breve termine. Per questo motivo abbiamo espresso stabilmente la SNAP-25 specificamente nelle CF tramite iniezione in vivo, nell’oliva inferiore del ratto, di un vettore lentivirale veicolante il construtto Snap25Gfp. Dopo tre settimane sono stati condotti sia studi morfologici che elettrofisiologici per valutare gli effetti della sovraespressione di SNAP-25 nelle CF. Nessun cambiamento nella ramificazione delle CF è stato osservato. Risultati preliminari suggeriscono che SNAP-25 non influenza la PPD nella sinapsi CF-PC. Sebbene ulteriori approfondimenti siano necessari per valutare l’effetto regolatore dell’espressione di SNAP-25 sul rilascio vescicolare e plasticità del cervelletto, l’approccio multidisciplinare utilizzato in questo lavoro ha la grande potenzialità di poter valutare eventuali alterazioni della trasmissione sinaptica causate da una modulazione dell’espressione di SNAP-25 sia in condizioni fisiologiche che patologiche.