Here, we show that the synaptic vesicle protein SV2A is the brain binding site of levetiracetam (LEV), a new antiepileptic drug with a unique activity profile in animal models of seizure and epilepsy. The LEV-binding site is enriched in synaptic vesicles, and photoaffinity labeling of purified synaptic vesicles confirms that it has an apparent molecular mass of approximately 90 kDa. Brain membranes and purified synaptic vesicles from mice lacking SV2A do not bind a tritiated LEV derivative, indicating that SV2A is necessary for LEV binding. LEV and related compounds bind to SV2A expressed in fibroblasts, indicating that SV2A is sufficient for LEV binding. No binding was observed to the related isoforms SV2B and SV2C. Furthermore, there is a high degree of correlation between binding affinities of a series of LEV derivatives to SV2A in fibroblasts and to the LEV-binding site in brain. Finally, there is a strong correlation between the affinity of a compound for SV2A and its ability to protect against seizures in an audiogenic mouse animal model of epilepsy. These experimental results suggest that SV2A is the binding site of LEV in the brain and that LEV acts by modulating the function of SV2A, supporting previous indications that LEV possesses a mechanism of action distinct from that of other antiepileptic drugs. Further, these results indicate that proteins involved in vesicle exocytosis, and SV2 in particular, are promising targets for the development of new CNS drug therapies.

ABSTRACT Recent progress in molecular microbial ecology has revealed that traditional culturing methods fail to represent the scope of microbial diversity in nature, since only a small proportion of viable microorganisms in a sample are recovered by culturing techniques. To develop methods to investigate the full extent of microbial diversity, we used a bacterial artificial chromosome (BAC) vector to construct libraries of genomic DNA isolated directly from soil (termed metagenomic libraries). To date, we have constructed two such libraries, which contain more than 1 Gbp of DNA. Phylogenetic analysis of 16S rRNA gene sequences recovered from one of the libraries indicates that the BAC libraries contain DNA from a wide diversity of microbial phyla, including sequences from diverse taxa such as the low-G+C, gram-positive Acidobacterium , Cytophagales , and Proteobacteria . Initial screening of the libraries in Escherichia coli identified several clones that express heterologous genes from the inserts, confirming that the BAC vector can be used to maintain, express, and analyze environmental DNA. The phenotypes expressed by these clones include antibacterial, lipase, amylase, nuclease, and hemolytic activities. Metagenomic libraries are a powerful tool for exploring soil microbial diversity, providing access to the genetic information of uncultured soil microorganisms. Such libraries will be the basis of new initiatives to conduct genomic studies that link phylogenetic and functional information about the microbiota of environments dominated by microorganisms that are refractory to cultivation.