Synaptic adhesion molecules play a crucial role in the regulation of synapse development and maintenance. Recently several families of leucine rich repeat domain containing neuronal adhesion molecules have been characterized, including netrin G-ligands, LRRTMs, and the SALM family proteins. Most of these are expressed at the excitatory glutamatergic synapses, and dysfunctions of these genes are genetically linked with cognitive disorders, such as autism spectrum disorders and schizophrenia. The SALM family proteins SALM3 and SALM5, similar to SLITRKs, have been shown to bind to the presynaptic receptor protein tyrosine phosphatase (RPTP) family ligands. Here we present the 3 A crystal structure of the SALM5 LRR-Ig domain construct, and biophysical studies that verify the crystallographic results. We show that both SALM3 and SALM5 extracellular domains form similar dimeric structures, in which the LRR domains form the dimer interface. Both proteins bind to the RPTP lg-domains with micromolar affinity. SALM3 shows a clear preference for RPTP-ligands with the meB splice insert. This is in accordance with previous results showing that the LRR domain is also required for the ligand binding. Our structural studies and sequence conservation analysis suggests a ligand binding site and mechanism for RPTP binding via the dimeric LRR domain region.

Abstract The Bin/Amphiphysin/Rvs (BAR) domain protein FAM92A1 is a multifunctional protein engaged in regulating mitochondrial ultrastructure and ciliogenesis, but its physiological role in the brain remains unclear. Here, we show that FAM92A1 is expressed in neurons starting from embryonic development. FAM92A1 knockout in mice results in altered brain morphology and age-associated cognitive deficits, potentially due to neuronal degeneration and disrupted synaptic plasticity. Specifically, FAM92A1 deficiency impairs diverse neuronal membrane morphology, including the mitochondrial inner membrane, myelin sheath, and synapses, indicating its roles in membrane remodeling and maintenance. By determining the crystal structure of the FAM92A1 BAR domain, combined with atomistic molecular dynamics simulations, we uncover that FAM92A1 interacts with phosphoinositide- and cardiolipin-containing membranes to induce lipid-clustering and membrane curvature. Altogether, these findings reveal the physiological role of FAM92A1 in the brain, highlighting its impact on synaptic plasticity and neural function through the regulation of membrane remodeling and endocytic processes.

Abstract The cation-chloride co-transporter (CCC) superfamily includes ion symporters, which co-transport monovalent cations and Cl - . CCCs have crucial roles in shaping signalling and neuronal connectivity in the vertebrate brain. K + -Cl - co-transporters (KCCs) are a subfamily of CCCs and carry out the symport of K + and Cl − ions across the plasma membrane. The KCC proteins are involved in various physiological processes, such as cell volume regulation, transepithelial ion transport, synapse formation and signal transmission, and blood pressure regulation. Among KCCs, KCC2 has gained attention because of its unique and crucial functions in the central nervous system neuronal network. Loss of activity of this transporter has been associated with several neurological disorders including schizophrenia, epilepsy, and chronic pain. On the other hand, only a limited number of studies of KCCs have been published for invertebrates. Among invertebrate proteins, the Drosophila melanogaster KCC ( Dm KCC) has been studied most and suggested critical for neuronal transmission. Also Cnidarian Hydra vulgaris has been shown to have a functional KCC ( Hv KCC). Comparative analyses of these transporters with vertebrate ones and understanding functional and biophysical aspects of them as a model system can help understand the KCC mechanism of ion transport and its regulation and evolution broadly. In this study, we chose Dm KCC and Hv KCC as model systems and purified Dm KCC and Hv KCC from Sf9 insect cells and characterized their biophysical properties with differential scanning fluorimetry and light scattering techniques. We tested their functionality using a fluorescence assay and developed a method to measure recombinant KCC ion transport activity with flame photometry.

Synaptic adhesion molecules play an important role in the formation, maintenance and refinement of neuronal connectivity. Recently, several leucine rich repeat (LRR) domain containing neuronal adhesion molecules have been characterized including netrin G-ligands, SLITRKs and the synaptic adhesion-like molecules (SALMs). Dysregulation of these adhesion molecules have been genetically and functionally linked to various neurological disorders. Here we investigated the molecular structure and mechanism of ligand interactions for the postsynaptic SALM3 adhesion protein with its presynaptic ligand, receptor protein tyrosine phosphatase σ (PTPσ). We solved the crystal structure of the dimerized leucine rich repeat (LRR) domain of SALM3, revealing the conserved structural features and mechanism of dimerization. Furthermore, we determined the complex structure of SALM3 with PTPσ using small angle X-ray scattering, revealing a 2:2 complex similar to that observed for SALM5. Solution studies unraveled additional flexibility for the complex structure, but validated the uniform mode of action for SALM3 and SALM5 to promote synapse formation. The relevance of the key interface residues was further confirmed by mutational analysis with cellular binding assays and artificial synapse formation assays. Collectively, our results suggest that SALM3 dimerization is a pre-requisite for the SALM3-PTPσ complex to exert synaptogenic activity.