See Zekeridou and Lennon (doi: 10.1093/aww213 ) for a scientific commentary on this article . Anti- N -methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) encephalitis is a recently discovered autoimmune syndrome associated with psychosis, dyskinesias, and seizures. Little is known about the cerebrospinal fluid autoantibody repertoire. Antibodies against the NR1 subunit of the NMDAR are thought to be pathogenic; however, direct proof is lacking as previous experiments could not distinguish the contribution of further anti-neuronal antibodies. Using single cell cloning of full-length immunoglobulin heavy and light chain genes, we generated a panel of recombinant monoclonal NR1 antibodies from cerebrospinal fluid memory B cells and antibody secreting cells of NMDAR encephalitis patients. Cells typically carried somatically mutated immunoglobulin genes and had undergone class-switching to immunoglobulin G, clonally expanded cells carried identical somatic hypermutation patterns. A fraction of NR1 antibodies were non-mutated, thus resembling 'naturally occurring antibodies' and indicating that tolerance induction against NMDAR was incomplete and somatic hypermutation not essential for functional antibodies. However, only a small percentage of cerebrospinal fluid-derived antibodies reacted against NR1. Instead, nearly all further antibodies bound specifically to diverse brain-expressed epitopes including neuronal surfaces, suggesting that a broad repertoire of antibody-secreting cells enrich in the central nervous system during encephalitis. Our functional data using primary hippocampal neurons indicate that human cerebrospinal fluid-derived monoclonal NR1 antibodies alone are sufficient to cause neuronal surface receptor downregulation and subsequent impairment of NMDAR-mediated currents, thus providing ultimate proof of antibody pathogenicity. The observed formation of immunological memory might be relevant for clinical relapses. See Zekeridou and Lennon (doi: 10.1093/aww213 ) for a scientific commentary on this article . Antibodies against the NR1 subunit of the NMDA receptor are suspected to underlie anti-NMDA receptor encephalitis. Kreye et al. provide direct evidence by showing that monoclonal human NR1 antibodies are sufficient to downregulate synaptic NMDA receptors. They show too that patients harbour a much broader auto-antibody repertoire than previously thought.

SUMMARY Information processing in the brain is encoded as electrical impulses in neurons that are relayed from the presynaptic compartment to postsynaptic neurons by regulated neurotransmitter release. Neurons are known to rely on autophagy for the removal of defective proteins or organelles to maintain synaptic neurotransmission and to counteract neurodegeneration. In spite of its importance for neuronal health, the physiological substrates of neuronal autophagy in the absence of proteotoxic challenge have remained largely elusive. We use knockout mice conditionally lacking the essential autophagy protein ATG5 and quantitative proteomics to demonstrate that loss of neuronal autophagy causes the selective accumulation of tubular endoplasmic reticulum (ER) in axons, resulting in increased excitatory neurotransmission and compromised postnatal viability in vivo . The gain in excitatory neurotransmission is shown to be a consequence of elevated calcium release from ER stores via ryanodine receptors accumulated in axons and at presynaptic sites. We propose a model in which neuronal autophagy controls axonal ER calcium stores to regulate neurotransmission in healthy neurons and in the brain.

ABSTRACT Synapsins are highly abundant presynaptic proteins that play a crucial role in neurotransmission and plasticity via the clustering of synaptic vesicles. The synapsin III isoform is usually downregulated after development, but in hippocampal mossy fiber boutons it persists in adulthood. Mossy fiber boutons express presynaptic forms of short- and long-term plasticity, which are thought to underlie different forms of learning. Previous research on synapsins at this synapse focused on synapsin isoforms I and II. Thus, a complete picture regarding the role of synapsins in mossy fiber plasticity is still missing. Here, we investigated presynaptic plasticity at hippocampal mossy fiber boutons by combining electrophysiological field recordings and transmission electron microscopy in a mouse model lacking all synapsin isoforms. We found decreased short-term plasticity - i.e. decreased facilitation and post-tetanic potentiation - but increased long-term potentiation in male synapsin triple knockout mice. At the ultrastructural level, we observed more dispersed vesicles and a higher density of active zones in mossy fiber boutons from knockout animals. Our results indicate that all synapsin isoforms, including synapsin III, are required for fine regulation of short- and long-term presynaptic plasticity at the mossy fiber synapse. Significance statement Synapsins cluster vesicles at presynaptic terminals and shape presynaptic plasticity at giant hippocampal mossy fiber boutons . Deletion of all synapsin isoforms results in decreased short- but increased long-term plasticity.

Abstract Serotonin (5-HT) is one of the major neuromodulators present in the mammalian brain and has been shown to play a role in multiple physiological processes. The mechanisms by which 5-HT modulates cortical network activity, however, are not yet fully understood. We investigated the effects of 5-HT on slow oscillations (SOs), a synchronized cortical network activity universally present across species. SOs are observed during anesthesia and are considered to be the default cortical activity pattern. We discovered that (±)3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA) and fenfluramine, two potent 5-HT releasers, inhibit SOs within the entorhinal cortex (EC) in anesthetized mice. Combining opto- and pharmacogenetic manipulations with in vitro electrophysiological recordings, we uncovered that somatostatin-expressing (Sst) interneurons activated by the 5-HT 2A receptor (5-HT 2A R) play an important role in the suppression of SOs. Since 5-HT 2A R signaling is involved in the etiology of different psychiatric disorders and mediates the psychological effects of many psychoactive serotonergic drugs, we propose that the newly discovered link between Sst interneurons and 5-HT will contribute to our understanding of these complex topics.

Pathogenic germline mutations in PIGV lead to glycosylphosphatidylinositol biosynthesis deficiency. Individuals with pathogenic biallelic mutations in genes of the glycosylphosphatidylinositol anchor pathway show cognitive impairments, a motor delay and in many cases epilepsy. Thus far, the pathophysiology underlying the disease remains unclear and suitable rodent models that mirror human pathophysiology have not been available. We therefore generated a mouse model using CRISPR-Cas9 to introduce the most prevalent hypomorphic missense mutation in European patients, at a site that is also conserved in mice, Pigv:c.1022C>A (p.A341E). Reflecting the human pathology mutant Pigv341E mice showed deficits in motor coordination and cognitive impairment with poorer long-term spatial memory than wild-type mice, as well as alterations in sociability and sleep patterns. Furthermore, immunohistochemistry showed decreased synaptophysin-immunoreactivity and electrophysiology recordings demonstrated reduced hippocampal synaptic transmission in Pigv341E mice that may underlie impaired memory formation. To gain a deeper and broader molecular understanding of the consequences of glycosylphosphatidylinositol anchor deficiency, we performed single-cell RNA sequencing on acutely isolated hippocampal cells of Pigv341E and wild-type mice. We found that hippocampal cells from adult Pigv341E mice exhibited changes in gene expression, most prominently in a subtype of microglia and subicular neurons. A significant reduction of Abl1 transcripts in several cell clusters suggests a link to the signaling pathway of glycosylphosphatidylinositol-anchored ephrins. We also observed increased levels of Hdc that might affect histamine metabolism with consequences in circadian rhythm. In summary, we present here the first mouse model with a patient-specific hypomorphic mutation that mirrors the human phenotype and shows a hippocampal synaptic defect. This new mouse model will not only open the doors for further investigation into the pathophysiology of glycosylphosphatidylinositol biosynthesis deficiency in future studies, but will also deepen our understanding in the role of glycosylphosphatidylinositol-anchor related pathways in brain development.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Optogenetic manipulations have transformed neuroscience in recent years. While sophisticated tools now exist for controlling the firing patterns of neurons, it remains challenging to optogenetically define the plasticity state of individual synapses. A variety of synapses in the mammalian brain express presynaptic long-term potentiation (LTP) upon elevation of presynaptic cyclic adenosine monophosphate (cAMP), but the molecular expression mechanisms as well as the impact of presynaptic LTP on network activity and behavior are not fully understood. In order to establish optogenetic control of presynaptic cAMP levels and thereby presynaptic potentiation, we developed synaptoPAC, a presynaptically targeted version of the photoactivated adenylyl cyclase bPAC. In cultures of hippocampal granule cells, activation of synaptoPAC with blue light increases action potential-evoked transmission, an effect not seen in hippocampal cultures of non-granule cells. In acute brain slices, synaptoPAC activation immediately triggers a strong presynaptic potentiation at mossy fiber terminals in CA3, but not at Schaffer collateral synapse in CA1. Following light-triggered potentiation, mossy fiber transmission decreases within 20 minutes, but remains enhanced still after 30 min. Optogenetic potentiation alters the short-term plasticity dynamics of release, reminiscent of presynaptic LTP. SynaptoPAC is the first optogenetic tool that allows acute light-controlled potentiation of transmitter release at specific synapses of the brain, and will enable to investigate the role of presynaptic potentiation in network function and the animal's behavior in an unprecedented manner.

All synapses require fusion-competent vesicles and coordinated Ca2+-secretion coupling for neurotransmission, yet functional and anatomical properties show a high diversity across different synapse types. We show here that the presynaptic protein RIM-BP2 has diversified functions in neurotransmitter release at different central mammalian synapses and thus contributes to synaptic diversity. At hippocampal pyramidal CA3-CA1 synapses, RIM-BP2 loss has a mild effect on neurotransmitter release, by only regulating Ca2+-secretion coupling. However, at hippocampal mossy fiber synapses RIM-BP2 has a strong impact on neurotransmitter release by promoting vesicle docking/priming via recruitment of Munc13-1. In wild type mossy fiber synapses, the distance between RIM-BP2 clusters and Munc13-1 clusters is larger than in hippocampal pyramidal CA3-CA1 synapses, suggesting that spatial organization may dictate the role a protein plays in synaptic transmission and that differences in active zone architecture is a major determinant factor in the functional diversity of synapses.

Abstract Regulation and functionality of species-specific alternative splicing has remained enigmatic to the present date. Calcium/calmodulin-dependent protein kinase IIβ (CaMKIIβ) is expressed in several splice variants and plays a key role in learning and memory. Here, we identify and characterize several primate-specific CAMK2B splice isoforms, which show altered kinetic properties and changes in substrate specificity. Furthermore, we demonstrate that primate-specific Camk2β alternative splicing is achieved through branch point weakening during evolution. We show that reducing branch point and splice site strengths during evolution globally renders constitutive exons alternative, thus providing a paradigm for cis -directed species-specific alternative splicing regulation. Using CRISPR/Cas9 we introduced a weaker human branch point into the mouse genome, resulting in human-like CAMK2B splicing in the brain of mutant mice. We observe a strong impairment of long-term potentiation in CA3-CA1 synapses of mutant mice, thus connecting branch point-controlled, species-specific alternative splicing with a fundamental function in learning and memory.