Clathrin-mediated endocytosis (CME) regulates many cell physiological processes such as the internalization of growth factors and receptors, entry of pathogens, and synaptic transmission. Within the endocytic network, clathrin functions as a central organizing platform for coated pit assembly and dissociation via its terminal domain (TD). We report the design and synthesis of two compounds named pitstops that selectively block endocytic ligand association with the clathrin TD as confirmed by X-ray crystallography. Pitstop-induced inhibition of clathrin TD function acutely interferes with receptor-mediated endocytosis, entry of HIV, and synaptic vesicle recycling. Endocytosis inhibition is caused by a dramatic increase in the lifetimes of clathrin coat components, including FCHo, clathrin, and dynamin, suggesting that the clathrin TD regulates coated pit dynamics. Pitstops provide new tools to address clathrin function in cell physiology with potential applications as inhibitors of virus and pathogen entry and as modulators of cell signaling.

Tetraspanins are transmembrane proteins that form tetraspanin-enriched microdomains at biological membranes and contribute to the formation of functional protein complexes involved in various cellular processes. Tspan7 and Tspan15 are highly expressed in the hippocampus, a brain region that contributes to the regulation of social aggression. While Tspan7 has been observed to modulate cognition and behavior in rodents, the function of Tspan15 in this context is still unknown. In this study, we tested preference for social novelty, territorial and aggressive behavior in mice lacking Tspan15 gene expression. We report that male Tspan15-KO mice exhibit an increased motivation for social investigation and show increased aggression compared to WT littermates, regardless of familiarity with the partner mouse. Our data suggest a possible role of Tspan15 as a molecular modulator of certain neuronal circuits that control aggressive behavior.

Abstract Homeostatic synaptic plasticity adjusts the strength of synapses to restrain neuronal activity within a physiological range. Postsynaptic GKAP controls the bidirectional synaptic scaling of AMPA receptors (AMPARs) however how chronic activity triggers postsynaptic protein remodeling to downscale synaptic transmission is barely understood. Here we report that the microtubule-dependent kinesin motor KIF21B interacts with GKAP and likewise enters dendritic spines in a myosin Va- and activity-dependent manner. We observed that under conditions of chronic activity KIF21B regulates actin dynamics in spines, triggers spine removal of GluA2-containing AMPA receptors, and mediates homeostatic synaptic downscaling of AMPA receptor-mediated mEPSC amplitudes. Our data highlight a myosin-kinesin interaction that enables the entry of the microtubule-dependent motor KIF21B into actin-rich spine compartments. A slow actin turnover rate might be beneficial for efficient protein removal from excitatory synapses, suggesting a functional role of KIF21B in a GKAP- and AMPA receptor-dependent mechanism, underlying homeostatic downscaling of neuronal firing.

Abstract Dynamic microtubules transiently polymerize into dendritic spines, however intracellular factors that regulate this process and their functional role at synapses are hardly understood. Using live imaging, electrophysiology, and glutamate uncaging, we show that the microtubule-severing complex katanin is located at individual spine synapses, participates in the activity-dependent process of microtubule polymerization into dendritic spines, and regulates synaptic plasticity. Overexpression of a dominant-negative ATPase-deficient katanin subunit, did not alter microtubule growth velocities or comet density in dendrites, but significantly reduced the activity-dependent invasion of microtubules into dendritic spines. Notably, functional inhibition of katanin significantly affected the potentiation of AMPA-receptor-mediated excitatory currents after chemical induction of long-term potentiation (cLTP). Furthermore, interference with katanin function prevented structural spine remodeling following single spine glutamate uncaging. Our data identify katanin at individual spine synapses in association with PSD-95. Thus, katanin regulates postsynaptic microtubules and modulates synaptic structure and function.