Abstract Synaptic membrane-remodeling events such as endocytosis require force-generating actin assembly. The endocytic machinery that regulates these actin and membrane dynamics localizes at high concentrations to large areas of the presynaptic membrane, but actin assembly and productive endocytosis are far more restricted in space and time. Here we describe a mechanism whereby autoinhibition clamps the presynaptic endocytic machinery to limit actin assembly to discrete functional events. We found that collective interactions between the Drosophila endocytic proteins Nwk/FCHSD2, Dap160/Intersectin, and WASp relieve Nwk autoinhibition and promote robust membrane-coupled actin assembly in vitro. Using automated particle tracking to quantify synaptic actin dynamics in vivo , we discovered that Nwk-Dap160 interactions constrain spurious assembly of WASp-dependent actin structures. These interactions also promote synaptic endocytosis, suggesting that autoinhibition both clamps and primes the synaptic endocytic machinery, thereby constraining actin assembly to drive productive membrane remodeling in response to physiological cues.

Extracellular vesicles (EVs) are released by many cell types, including neurons, carrying cargoes involved in signaling and disease. It is unclear whether EVs promote intercellular signaling or serve primarily to dispose of unwanted materials. We show that loss of multivesicular endosome-generating endosomal sorting complex required for transport (ESCRT) machinery disrupts release of EV cargoes from Drosophila motor neurons. Surprisingly, ESCRT depletion does not affect the signaling activities of the EV cargo Synaptotagmin-4 (Syt4) and disrupts only some signaling activities of the EV cargo evenness interrupted (Evi). Thus, these cargoes may not require intercellular transfer via EVs, and instead may be conventionally secreted or function cell-autonomously in the neuron. We find that EVs are phagocytosed by glia and muscles, and that ESCRT disruption causes compensatory autophagy in presynaptic neurons, suggesting that EVs are one of several redundant mechanisms to remove cargoes from synapses. Our results suggest that synaptic EV release serves primarily as a proteostatic mechanism for certain cargoes.

1. Abstract Following exocytosis at active zones, synaptic vesicle membranes and membrane-bound proteins must be recycled. The endocytic machinery that drives this recycling accumulates in the periactive zone (PAZ), a region of the synapse adjacent to active zones, but the organization of this machinery within the PAZ, and how PAZ composition relates to active zone release properties remains unknown. The PAZ is also enriched for cell adhesion proteins, but their function at these sites is poorly understood. Here, using Airyscan and STED imaging of Drosophila synapses, we develop a quantitative framework describing the organization and ultrastructure of the PAZ. Different endocytic proteins localize to distinct regions of the PAZ, suggesting that sub-domains are specialized for distinct biochemical activities, stages of membrane remodeling, or synaptic functions. We find that the accumulation and distribution of endocytic but not adhesion PAZ proteins correlate with the abundance of the scaffolding protein Bruchpilot at active zones - a structural correlate of release probability. These data suggest that endocytic and exocytic activities are spatially correlated. Taken together, our results provide a new approach to quantify synaptic architecture and identify novel relationships between the exocytic and endocytic apparatus at the synapse.

Extracellular vesicles (EVs) are released by many cell types including neurons, carrying cargoes involved in signaling and disease. It is unclear whether EVs promote intercellular signaling or serve primarily to dispose of unwanted materials. We show that loss of multivesicular endosome-generating ESCRT (endosomal sorting complex required for transport) machinery disrupts release of EV cargoes from Drosophila motor neurons. Surprisingly, ESCRT depletion does not affect the signaling activities of the EV cargo Synaptotagmin-4 (Syt4) and disrupts only some signaling activities of the EV cargo Evenness Interrupted (Evi). Thus, these cargoes may not require intercellular transfer via EVs, and instead may be conventionally secreted or function cell autonomously in the neuron. We find that EVs are phagocytosed by glia and muscles, and that ESCRT disruption causes compensatory autophagy in presynaptic neurons, suggesting that EVs are one of several redundant mechanisms to remove cargoes from synapses. Our results suggest that synaptic EV release serves primarily as a proteostatic mechanism for certain cargoes.