Abstract To form and modify synaptic connections and store information, neurons continuously remodel their proteomes. The impressive length of dendrites and axons imposes unique logistical challenges to maintain synaptic proteins at locations remote from the transcription source (the nucleus). The discovery of thousands of mRNAs near synapses suggested that neurons overcome distance and gain autonomy by producing proteins locally 1 . It is not known, however if, how and when localized mRNAs are translated into protein. To investigate the translational landscape in neuronal subregions, we performed simultaneous RNA-seq and Ribo-seq from microdissected rodent brain slices to identify and quantify the transcriptome and translatome in cell bodies as well as dendrites and axons (neuropil). More than 4800 transcripts were translated in synaptic regions. Thousands of transcripts were differentially translated between somatic and synaptic regions, with scaffold and signaling molecules mostly arising from local sources. Furthermore, specific mRNA features were identified that regulate the efficiency of mRNA translation. The findings overturn the view that local translation is a minor source of synaptic protein 2 and indicate that on-site translational control is an important mechanism to control synaptic strength.

Abstract The major protein-degradation machine, the proteasome, functions at brain synapses and regulates long-term information storage. Here we found that the two essential subcomplexes of the proteasome, the regulatory (19S) and catalytic (20S) particles that recognize and degrade substrates, are differentially distributed within individual rat cortical neurons. Using superresolution microscopy, we discovered a surprising abundance of free particles (19S) near synapses. The free neuronal 19S particles bind and deubiquitylate Lys63-ubiquitin, a non-proteasome targeting ub-linkage. Pull-down assays revealed a significant over-representation of synaptic molecules as Lys63 interactors. Inhibition of 19S deubiquitylase activity significantly altered excitatory synaptic transmission and reduced the synaptic availability of AMPA receptors at multiple trafficking points in a proteasome-independent manner. Together, these results reveal a moonlighting function of the regulatory proteasomal subcomplex near synapses. One-Sentence Summary The 19S subcomplex of the major protein-degradation machine, the proteasome, functions without its 20S partner to populate and regulate synapses.