Abstract Place cells are believed to organize memory across space and time, inspiring the idea of the cognitive map. Yet unlike the structured activity in the associated grid and head-direction cells, they remain an enigma: their responses have been difficult to predict and are complex enough to be statistically well-described by a random process. Here we report one step toward the ultimate goal of understanding place cells well enough to predict their fields. Within a theoretical framework in which place fields are derived as a conjunction of external cues with internal grid cell inputs, we predict that even apparently random place cell responses should reflect the structure of their grid inputs and that this structure can be unmasked if probed in sufficiently large neural populations and large environments. To test the theory, we design experiments in long, locally featureless spaces to demonstrate that structured scaffolds undergird place cell responses. Our findings, together with other theoretical and experimental results, suggest that place cells build memories of external inputs by attaching them to a largely prespecified grid scaffold.

Hippocampal activity represents many behaviorally important variables, including context, an animal's location within a given environmental context, time, and reward. Here we used longitudinal calcium imaging in mice, multiple large virtual environments, and differing reward contingencies to derive a unified probabilistic model of hippocampal CA1 representations centered on a single feature − the field propensity. Each cell's propensity governs how many place fields it has per unit space, predicts its reward−related activity, and is preserved across distinct environments and over months. The propensity is broadly distributed−with many low, and some very high, propensity cells −and thus strongly shapes hippocampal representations. The result is a range of spatial codes, from sparse to dense. Propensity varied ~10−fold between adjacent cells in a salt-and-pepper fashion, indicating substantial functional differences within a presumed cell type. The stability of each cell's propensity across conditions suggests this fundamental property has anatomical, transcriptional, and/or developmental origins.

ABSTRACT Subthreshold depolarization enhances neurotransmitter release evoked by action potentials and plays a key role in modulating synaptic transmission by combining analog and digital signals. This process is known to be Ca 2+ -dependent. However, the underlying mechanism of how small changes in basal Ca 2+ caused by subthreshold depolarization can regulate transmitter release triggered by a large increase in local Ca 2+ is not well understood. This study aimed to investigate the source and signaling mechanisms of Ca 2+ that couple subthreshold depolarization with the enhancement of glutamate release in hippocampal cultures and CA3 pyramidal neurons. Subthreshold depolarization increased presynaptic Ca 2+ levels, the frequency of spontaneous release, and the amplitude of evoked release, all of which were abolished by blocking L-type Ca 2+ channels. A high concentration of intracellular Ca 2+ buffer or blockade of calmodulin and phospholipase C abolished depolarization induced increases in transmitter release. Estimation of the readily releasable pool size using hypertonic sucrose showed depolarization induced increases in readily releasable pool size, and this increase was abolished by blockade of calmodulin or phospholipase C. Our results provide mechanistic insights into the modulation of transmitter release by subthreshold potential change and highlight the role of L-type Ca 2+ channels in coupling subthreshold depolarization to the activation of Ca 2+ -dependent signaling molecules that regulate transmitter release. SIGNIFICANCE Neuronal activities are encoded by action potentials, but subthreshold changes in resting membrane potentials also play important roles in regulating neuronal functions including synaptic transmission. It is, however, poorly understood how small changes in basal Ca 2+ induced by subthreshold depolarization regulate transmitter release triggered by a large increase in local Ca 2+ in presynaptic terminals. We demonstrate that L-type Ca 2+ channels are the major source of presynaptic Ca 2+ influx at basal state and during subthreshold depolarization, resulting in the activation of signaling molecules such as calmodulin and phospholipase C, which facilitate transmitter release by increasing both release probability and the readily releasable pool size. Our results provide mechanistic insight into how subthreshold potential changes contribute to regulating transmitter release.

ARID1A is the core DNA binding subunit of the BAF chromatin remodeling complex and is mutated in about ~8% of all cancers. The frequency of ARID1A loss varies between cancer subtypes, with clear cell ovarian carcinoma (CCOC) presenting the highest incidence at >50% of cases. Despite a growing understanding of the consequences of ARID1A-loss in cancer, there remains limited targeted therapeutic options for ARID1A-deficient cancers. Using a genome-wide CRISPR screening approach, we identify KEAP1 as a synthetic lethal partner of ARID1A in CCOC. Depletion or chemical inhibition of KEAP1 results in the selective killing of ARID1A-KO cells. While we confirm that KEAP1-NRF2 signalling is dysregulated in ARID1A-KO cells, we suggest that this synthetic lethality is not due to aberrant NRF2 signalling. Rather, we find that KEAP1 perturbation exacerbates genome instability phenotypes associated with ARID1A-deficiency. We also confirm the selective killing of ARID1A-KO cells by the KEAP1 inhibitor AI-1 in edited primary endometrial epithelial cells and organoids. Together, our findings uncover a novel therapeutic avenue for the treatment of cancers harboring ARID1A mutations.