We studied the role of desensitization at inhibitory synapses by comparing nonequilibrium GABAA channel gating with inhibitory postsynaptic currents (IPSCs). Currents activated by brief pulses of 1-10 mM GABA to outside-out patches from cultured hippocampal neurons mimicked GABA-mediated IPSCs. Although the average open time of single GABAA channels following brief pulses was less than 10 ms, channels entered long (tau = 38-69 ms) closed states and subsequently reopened. Movement through these states resulted in paired-pulse desensitization. The time required for deactivation after removal of agonist also increased in proportion to the extent of desensitization. These results suggest that visits to desensitized states buffer the channel in bound conformations and underlie the expression of long-lasting components of the IPSC. Reopening after GABAA receptor desensitization may thus enhance inhibitory synaptic transmission by prolonging the response to a brief synaptic GABA transient.

B cells have a need for speed High-affinity antibodies provide long-lasting protective immunity against many infections. Generating such antibodies requires help, in the form of T cells, which interact with antibody-producing B cells. As B cells proliferate and mutate their antibody genes, T cells select the cells producing high-affinity antibodies. Gitlin et al. show in mice that B cells that receive T cell help transit through the cell cycle more quickly by increasing the speed at which replication forks progress. Such a rapid cell cycle transition gives high-affinity B cells a selective advantage. Science , this issue p. 643

Abstract Cells selectively remove damaged or excessive mitochondria through mitophagy, a specialized form of autophagy, to maintain mitochondrial quality and quantity. Mitophagy is induced in response to diverse conditions, including hypoxia, cellular differentiation, and mitochondrial damage. However, the mechanisms by which cells remove specific dysfunctional mitochondria under steady-state conditions to fine-tune mitochondrial content are not well understood. Here, we report that SCF FBXL4 , an SKP1/CUL1/F-box protein ubiquitin ligase complex, localizes to the mitochondrial outer membrane in unstressed cells and mediates the constitutive ubiquitylation and degradation of the mitophagy receptors NIX and BNIP3 to suppress basal levels of mitophagy. We demonstrate that, unlike wild-type FBXL4, pathogenic variants of FBXL4 that cause encephalopathic mtDNA depletion syndrome (MTDPS13), do not efficiently interact with the core SCF ubiquitin ligase machinery or mediate the degradation of NIX and BNIP3. Thus, we reveal a molecular mechanism that actively suppresses mitophagy via preventing NIX and BNIP3 accumulation and propose that excessive basal mitophagy in the FBXL4-associated mtDNA depletion syndrome is caused by dysregulation of NIX and BNIP3 turnover.

Abstract DNA replication stress is a hallmark of cancer that is exploited by chemotherapies. Current assays for replication stress have low throughput and poor resolution whilst being unable to map the movement of replication forks genome-wide. We present a new method that uses nanopore sequencing and artificial intelligence to map forks and measure their rates of movement and stalling in melanoma and colon cancer cells treated with chemotherapies. Our method can differentiate between fork slowing and fork stalling in cells treated with hydroxyurea, as well as inhibitors of ATR, WEE1, and PARP1. These different therapies yield different characteristic signatures of replication stress. We assess the role of the intra-S-phase checkpoint on fork slowing and stalling and show that replication stress dynamically changes over S-phase. This method requires sequencing on only a single nanopore flow cell, and the cost-effectiveness and high throughput enables functional screens to determine how human cancers respond to replication-targeted therapies.

Abstract Mitophagy must be carefully regulated to ensure that cells maintain appropriate numbers of functional mitochondria. The SCF FBXL4 ubiquitin ligase complex suppresses mitophagy by controlling the degradation of BNIP3 and NIX mitophagy receptors, and FBXL4 mutations result in mitochondrial disease as a consequence of elevated mitophagy. Here, we reveal that the mitochondrial phosphatase PPTC7 is an essential cofactor for SCF FBXL4 -mediated destruction of BNIP3 and NIX, suppressing both steady-state and induced mitophagy. Disruption of the phosphatase activity of PPTC7 does not influence BNIP3 and NIX turnover. Rather, a pool of PPTC7 on the mitochondrial outer membrane acts as an adaptor linking BNIP3 and NIX to FBXL4, facilitating the turnover of these mitophagy receptors. PPTC7 accumulates on the outer mitochondrial membrane in response to mitophagy induction or the absence of FBXL4, suggesting a homoeostatic feedback mechanism that attenuates high levels of mitophagy. We mapped critical residues required for PPTC7–BNIP3/NIX and PPTC7-FBXL4 interactions and their disruption interferes with both BNIP3/NIX degradation and mitophagy suppression. Collectively, these findings delineate a complex regulatory mechanism that restricts BNIP3/NIX-induced mitophagy.

Abstract Mitophagy must be carefully regulated to ensure that cells maintain appropriate numbers of functional mitochondria. The SCF FBXL4 ubiquitin ligase complex suppresses mitophagy by controlling the degradation of BNIP3 and NIX mitophagy receptors, and FBXL4 mutations result in mitochondrial disease as a consequence of elevated mitophagy. Here, we reveal that the mitochondrial phosphatase PPTC7 is an essential cofactor for SCF FBXL4 -mediated destruction of BNIP3 and NIX, suppressing both basal and induced mitophagy. Disruption of the phosphatase activity of PPTC7 is not required for BNIP3 and NIX turnover. Rather, a pool of PPTC7 on the mitochondrial outer membrane acts as an adaptor linking BNIP3 and NIX to FBXL4, facilitating the turnover of these mitophagy receptors. PPTC7 accumulates on the outer mitochondrial membrane in response to mitophagy induction or the absence of FBXL4, suggesting a homeostatic feedback mechanism that attenuates high levels of mitophagy. We mapped critical residues required for PPTC7-NIX/BNIP3 and PPTC7-FBXL4 interactions and their disruption interferes with both NIX/BNIP3 degradation and mitophagy suppression. Collectively, these findings delineate a complex regulatory mechanism that restricts NIX/BNIP3-induced mitophagy.

Abstract Neural stem cells (NSCs) in the adult brain are primarily quiescent but can activate and enter the cell cycle to produce newborn neurons. NSC quiescence can be regulated by disease, injury, and age, however our understanding of NSC quiescence is limited by technical limitations imposed by the bias of markers used to isolate each population of NSCs and the lack of live-cell labeling strategies. Fluorescence lifetime imaging (FLIM) of autofluorescent metabolic cofactors has previously been used in other cell types to study shifts in cell states driven by metabolic remodeling that change the optical properties of these endogenous fluorophores. Here we asked whether autofluorescence could be used to discriminate NSC activation state. We found that quiescent NSCs (qNSCs) and activated NSCs (aNSCs) each have unique autofluorescence intensity and fluorescence lifetime profiles. Additionally, qNSCs specifically display an enrichment of a specific autofluorescent signal localizing to lysosomes that is highly predictive of cell state. These signals can be used as a graded marker of NSC quiescence to predict cell behavior and track the dynamics of quiescence exit at single cell resolution in vitro and in vivo . Through coupling autofluorescence imaging with single-cell RNA sequencing in vitro and in vivo , we provide a high-resolution resource revealing transcriptional features linked to rapid NSC activation and deep quiescence. Taken together, we describe a single-cell resolution, non-destructive, live-cell, label-free strategy for measuring NSC activation state in vitro and in vivo and use this tool to expand our understanding of adult neurogenesis.

Abstract Patients with epilepsy report that sleep deprivation is a common trigger for breakthrough seizures. The basic mechanism of this phenomenon is unknown. In the Kv1.1 -/- mouse model of epilepsy, daily sleep deprivation indeed exacerbated seizures though these effects were lost after the 3 rd day. Sleep deprivation also accelerated mortality in ~52% of Kv1.1 -/- mice, not observed in controls. Voltage-clamp experiments on the day after recovery from sleep deprivation showed reductions in GABAergic tonic inhibition in dentate granule cells both in Kv1.1 -/- and wild-type mice. Our results suggest that sleep deprivation is detrimental to seizures and survival, possibly due to reductions in GABAergic tonic inhibition.

Synchronous and bilateral spike-and-wave discharges accompany nonconvulsive behavioral and cognitive arrest during seizures associated with absence epilepsy. Previous investigation of multiple absence animal models suggests that the underlying cause of absence seizures is an increase in thalamic inhibitory tonic currents. In contrast, in this study we provide evidence that the level of cortical tonic inhibition also regulates absence seizure expression. Using continuous video-EEG recordings to monitor absence seizures and spike-and-wave discharge expression we show that pharmacological blockade of cortical tonic inhibition provokes absence seizures in wild-type mice. Furthermore, we show that pharmacological rescue of cortical tonic inhibition in an absence mouse (γ2R43Q) model, which lacks tonic inhibition, suppresses absence seizure and spike-and-wave discharge expression. Collectively, these results suggest an optimum level of tonic inhibition in the thalamocortical circuit is required for normal functioning and that a deviation from this optimum results in aberrant thalamocortical function, SWDs and absence seizures.