Abstract The paraneoplastic Ma antigen ( PNMA ) genes are associated with cancer-induced paraneoplastic syndromes that present with neurological symptoms and autoantibody production. How PNMA proteins trigger a severe autoimmune disease is unclear. PNMA genes are predominately expressed in the central nervous system with little known functions but are ectopically expressed in some tumors. Here, we show that PNMA2 is derived from a Ty3 retrotransposon that encodes a protein which forms virus-like capsids released from cells as non-enveloped particles. Recombinant PNMA2 capsids injected into mice induce a robust autoimmune reaction with significant generation of autoantibodies that preferentially bind external “spike” PNMA2 capsid epitopes, while capsid-assembly-defective PNMA2 protein is not immunogenic. PNMA2 autoantibodies present in cerebrospinal fluid of patients with anti-Ma2 paraneoplastic neurologic disease show similar preferential binding to PNMA2 “spike” capsid epitopes. These observations suggest that PNMA2 capsids released from tumors trigger an autoimmune response that underlies Ma2 paraneoplastic neurological syndrome.

Abstract Munc18-1 forms a template to recruit and organize assembly of the SNARE complex that triggers neurotransmitter release, binding first to a closed conformation of syntaxin-1 where its N-terminal region interacts with the SNARE motif, and later binding to synaptobrevin. However, the mechanism of SNARE complex assembly remains unclear. Here we report two cryo-EM structures of Munc18-1 bound to cross-linked syntaxin-1 and synaptobrevin. The structures allow visualization of how syntaxin-1 opens and reveal how part of the syntaxin-1 N-terminal region can help nucleate interactions between the N-termini of the syntaxin-1 and synaptobrevin SNARE motifs while their C-termini bind to distal sites of Munc18-1. Mutagenesis, SNARE complex assembly assays and reconstitution experiments support a model whereby these interactions are critical to initiate SNARE complex assembly. One Sentence Summary Cryo-EM structures reveal key insights into the molecular mechanism of neuronal SNARE complex assembly templated by Munc18-1

Abstract SNARE and Sec/Munc18 proteins are essential in synaptic vesicle exocytosis. Open form t-SNARE syntaxin and UNC-18 P334A are well-studied exocytosis-enhancing mutants. Here we investigate the interrelationship between the two mutations by generating double mutants in various genetic backgrounds in C. elegans . While each single mutation rescued the motility of CAPS/unc-31 and synaptotagmin/snt-1 mutants significantly, double mutations unexpectedly worsened motility or lost their rescuing effects. Electrophysiological analysis revealed that simultaneous mutations of open syntaxin and gain-of-function P334A UNC-18 induces a strong imbalance of excitatory over inhibitory transmission. We conclude that open syntaxin and P334A UNC-18 do not have additive beneficial effects on C. elegans’ characteristics such as motility, growth, offspring bared, body size, and exocytosis. Our results also reveal unexpected differences in the regulation of exocytosis between excitatory versus inhibitory synapses.

Munc13-1 plays a central role in neurotransmitter release through its conserved C-terminal region, which includes a diacyglycerol (DAG)-binding C 1 domain, a Ca 2+ /PIP 2 -binding C 2 B domain, a MUN domain and a C 2 C domain. Munc13-1 was proposed to bridge synaptic vesicles to the plasma membrane in two different orientations mediated by distinct interactions of the C 1 C 2 B region with the plasma membrane: i) one involving a polybasic face that yields a perpendicular orientation of Munc13-1 and hinders release; and ii) another involving the DAG-Ca 2+ -PIP 2 -binding face that induces a slanted orientation and facilitates release. Here we have tested this model and investigated the role of the C 1 C 2 B region in neurotransmitter release. We find that K603E or R769E point mutations in the polybasic face severely impair synaptic vesicle priming in primary murine hippocampal cultures, and Ca 2+ -independent liposome bridging and fusion in in vitro reconstitution assays. A K720E mutation in the polybasic face and a K706E mutation in the C 2 B domain Ca 2+ -binding loops have milder effects in reconstitution assays and do not affect vesicle priming, but enhance or impair Ca 2+ -evoked release, respectively. The phenotypes caused by combining these mutations are dominated by the K603E and R769E mutations. Our results show that the C 1 -C 2 B region of Munc13-1 plays a central role in vesicle priming and support the notion that re-orientation of Munc13-1 controls neurotransmitter release and short-term presynaptic plasticity.

The cAMP-response element binding protein (CREB) is required for regulation of daily sleep amount, whereas gain-of-function of CREB-regulated transcription coactivator 1 (CRTC1) causes severe insomnia in mice. However, the physiological functions of CRTCs and their downstream target genes in the regulation of sleep amount remain unclear. Here, we use adult brain chimeric (ABC)-expression/knockout platform for somatic genetics analysis of sleep in adult male mice. ABC-expression of constitutively active mutant CRTC1/2 CA in the mouse brain neurons significantly reduces the amount of non-rapid eye movement sleep (NREMS) and/or REMS. Consistent with that SIK3 phosphorylates and inhibits CRTCs, ABC-expression of CRTC1/2/3 CA rescues the hypersomnia phenotype of Sleepy ( Sik3 Slp ) mice. While ABC- Crtc2 KO or Crtc3 KO causes no sleep phenotype, ABC- Crtc1 KO or ABC-expression of dominant-negative CRTC (dnCRTC) results in modest reduction of NREMS amount accompanied with elevated NREMS delta power. Moreover, ABC-expression of CRTC1 CA or dnCRTC in the excitatory neurons causes bidirectional changes of NREMS/REMS amount and/or NREMS delta power, whereas expression of CRTC1 CA in the inhibitory neurons decreases REMS amount and increases NREMS delta power. The ability of CRTC1 CA to regulate sleep requires its transactivation domain and CREB-binding domain and is dependent on CREB. Furthermore, we showed that inducible ABC-expression of corticotropin releasing hormone ( Crh ) and brain-derived neurotrophic factor ( Bdnf )–two target genes of CRTCs–significantly reduces daily sleep amount. Notably, ABC- Crh KO , but not Bdnf KO , rescues the insomnia phenotype of ABC-CRTC1 CA mice. Taken together, these results indicate that CREB-CRTC1 complex regulates daily sleep amount by modulating the transcription of Crh in the mouse brain neurons. Significance Statement CRTCs function as coactivators for CREB, a transcription factor required for the regulation of daily sleep amount in mice. Here, we found that CRTC1/2/3 function similarly to suppress NREMS and REMS in a CREB-dependent manner. Consistent with that CRTCs are substrates of SIK3 kinase, expression of constitutive active mutant CRTCs CA rescue the hypersomnia phenotype of Sleepy ( Sik3 Slp ) mice. Furthermore, we showed that CRTC1 reduces NREMS amount by upregulating the expression of neuropeptide CRH. These results elucidate the mechanism by which CRTCs regulates sleep amount and suggest a potential transcriptional mechanism in the stress-induced sleep/wake regulation.

Abstract Exosomes are small extracellular vesicles important in health and disease. Syntenin is thought to drive the biogenesis of CD63 exosomes by recruiting Alix and the ESCRT machinery to endosomes, initiating an endosome-mediated pathway of exosome biogenesis. Contrary to this model, we show here that syntenin drives the biogenesis of CD63 exosomes by blocking CD63 endocytosis, thereby allowing CD63 to accumulate at the plasma membrane, the primary site of exosome biogenesis. Consistent with these results, we find that inhibitors of endocytosis induce the exosomal secretion of CD63, that endocytosis inhibits the vesicular secretion of exosome cargo proteins, and that high-level expression of CD63 itself also inhibits endocytosis. These and other results indicate that exosomes bud primarily from the plasma membrane, that endocytosis inhibits their loading into exosomes, that syntenin and CD63 are expression-dependent regulators of exosome biogenesis, and that syntenin drives the biogenesis of CD63 exosomes even in Alix knockout cells.

Offshore drilling platforms (ODPs) are critical infrastructure for exploring and developing marine oil and gas resources. As these platforms' capabilities expand, deploying intelligent surveillance services to ensure safe production has become increasingly important. However, the unique geographical locations and harsh environmental conditions of ODPs pose significant challenges for processing large volumes of video data, complicating the implementation of efficient surveillance systems. This study proposes a Cloud-Edge Large-Tiny Model Collaborative (CELTC) architecture grounded in deep reinforcement learning to optimize the processing and decision-making of surveillance data in offshore drilling platform scenarios. CELTC architecture leverages edge-cloud computing, deploying complex, high-precision large models on cloud servers and lightweight tiny models on edge devices. This dual deployment strategy capitalizes on tiny models' rapid response and large cloud models' high-precision capabilities. Additionally, the architecture integrates a deep reinforcement learning algorithm designed to optimize the scheduling and offloading of computational tasks between large and tiny models in the cloud-edge environment. The efficacy of the proposed architecture is validated using real-world surveillance data from ODPs through simulations and comparative experiments.

Abstract Regulation of neurotransmitter release during presynaptic plasticity underlies varied forms of information processing in the brain. Munc13s play essential roles in release via their conserved C-terminal region, which contains a MUN domain involved SNARE complex assembly, and control multiple presynaptic plasticity processes. Munc13s also have a variable N-terminal region, which in Munc13-1 includes a calmodulin binding (CaMb) domain involved in short-term plasticity and a C 2 A domain that forms an inhibitory homodimer. The C 2 A domain is activated by forming a heterodimer with the zinc-finger domain of αRIMs, providing a link to αRIM-dependent short- and long-term plasticity. However, it is unknown how the functions of the N- and C-terminal regions are integrated, in part because of the difficulty of purifying Munc13-1 fragments containing both regions. We describe for the first time the purification of a Munc13-1 fragment spanning its entire sequence except for a flexible region between the C 2 A and CaMb domains. We show that this fragment is much less active than the Munc13-1 C-terminal region in liposome fusion assays and that its activity is strongly enhanced by the RIM2α zinc-finger domain together with calmodulin. NMR experiments show that the C 2 A and CaMb domains bind to the MUN domain and that these interactions are relieved by the RIM2α ZF domain and calmodulin, respectively. These results suggest a model whereby Munc13-1 activity in promoting SNARE complex assembly and neurotransmitter release are inhibited by interactions of the C 2 A and CaMb domains with the MUN domain that are relieved by αRIMs and calmodulin.