Summary Astrocyte distal processes, known as leaflets or perisynaptic astrocyte processes (PAPs), fine-tune synaptic activity by clearing neurotransmitters and limiting extrasynaptic glutamate diffusion. While learning and memory depends on orchestrated synaptic activity of neuronal ensembles within the hippocampus, it is becoming increasingly evident that astrocytes residing in the environment of these synapses play a central role in shaping memories. However, how astroglial synaptic coverage contributes to mnemonic processing remains largely unknown. Here, we targeted astrocyte leaflet structure in vivo by depleting Ezrin, an integral leaflet-structural protein, in astrocytes of the adult hippocampal CA1 using a CRISPR-Cas9 genetic approach. This resulted in significantly smaller astrocyte territories and reduced astroglial synaptic coverage. In addition, using genetically encoded glutamate sensors and whole-cell patch-clamp recordings from pyramidal neurons, we found that Ezrin deletion and the resultant manipulation of leaflet structure boosted extrasynaptic glutamate diffusion and NMDA-receptor activation. Importantly, these cellular phenotypes translated to enhanced fear memory expression that was accompanied by increased activation of CA1 pyramidal neurons in the days after learning occurred. We show that Ezrin is critical for astrocyte morphology as well as for adult hippocampal synapse integrity and function. Our data show that astrocyte leaflet structure gates memory strength by regulating glutamate spillover in the vicinity of memory-related synaptic activity.

Gene expression requires two steps-- transcription and translation-- which can be regulated independently to allow nuanced, localized, and rapid responses to cellular stimuli. Neurons are known to respond transcriptionally and translationally to bursts of brain activity, and a transcriptional response to this activation has also been recently characterized in astrocytes. However, the extent to which astrocytes respond translationally is unknown. We tested the hypothesis that astrocytes also have a programmed translational response by characterizing the change in transcript ribosome occupancy in astrocytes using Translating Ribosome Affinity Purification subsequent to a robust induction of neuronal activity in vivo via acute seizure. We identified a reproducible change in transcripts on astrocyte ribosomes, highlighted by a rapid decrease in housekeeping transcripts, such as ribosomal and mitochondrial components, and a rapid increase in transcripts related to cytoskeleton, motor activity, ion transport, and cell communication. This indicates a dynamic response, some of which might be secondary to activation of Receptor Tyrosine Kinase signaling. Using acute slices, we quantified the extent to which individual cues and sequela of neuronal activity can activate translation acutely in astrocytes. This identified both BDNF and KCl as contributors to translation induction, the latter with both action-potential sensitive and insensitive components. Finally, we show that this translational response requires the presence of neurons, indicating the response is acutely or chronically non-cell autonomous. Regulation of translation in astrocytes by neuronal activity suggests an additional mechanism by which astrocytes may dynamically modulate nervous system functioning.### Competing Interest StatementJDD has previously received royalties related to the TRAP method.

Abstract Epidemiological evidence indicates that early life stress (ES) exposure increases the risk for later-life diseases, such as Alzheimer’s disease (AD). Accordingly, we and others have shown that ES aggravates the development of, and response to, amyloid-beta (Aβ) pathology in animal models. Moreover, ES-exposed transgenic APP/PS1 mice display deficits in both cognitive flexibility and synaptic function. As the mechanisms behind these changes were unclear, we here investigated how exposure to ES, using the limited nesting and bedding model, affects the synaptic proteome across 2 different ages in both wildtype and APP/PS1 transgenic mice. We found that, compared to wildtype mice, the hippocampal synaptosomes of APP/PS1 mice at an early pathological stage (4 months) showed a higher abundance of mitochondrial proteins and lower levels of proteins involved in actin dynamics. Interestingly, ES exposure in wildtype mice had similar effects on the level of mitochondrial and actin-related synaptosomal proteins at this age, whereas ES exposure had no additional effect on the synaptosomal proteome of early-stage APP/PS1 mice. Accordingly, ultrastructural analysis of the synapse using electron microscopy in a follow-up cohort showed fewer mitochondria in pre- and post-synaptic compartments of APP/PS1 and ES-exposed mice, respectively. At a later pathological stage (10 months), the hippocampal synaptic proteome of APP/PS1 mice revealed an upregulation of proteins related to Aβ processing, that was accompanied by a downregulation of proteins related to postsynaptic receptor endocytosis. ES exposure no longer affected the synaptic proteome of wildtype animals by this age, whereas it affected the expression of astrocytic proteins involved in lipid metabolism in APP/PS1 mice. We confirmed a dysregulation of astrocyte protein expression in a separate cohort of 12-month-old mice, by immunostaining for the alpha subunit of the mitochondrial trifunctional protein and fatty acid synthase in astrocytes. In conclusion, our data suggest that ES and amyloidosis share pathogenic pathways involving synaptic mitochondrial dysfunction and astrocytic lipid metabolism. These pathways might be underlying contributors to the long-term aggravation of the APP/PS1 phenotype by ES, as well as to the ES-associated risk for AD progression. These data are publicly accessible online as a web app via https://amsterdamstudygroup.shinyapps.io/ES_Synaptosome_Proteomics_Visualizer/ .