Subthreshold Ca2+-dependent modulation of vesicle release dynamics and docking site occupancy at single central synapses

Abstract

Dans plusieurs neurones du SNC l'activité somato-dendritique infraliminaire peut se propager passivement dans l'axone et augmenter transitoirement la transmission synaptique spontanée et évoquée par le potentiel d'action de manière dépendante du Ca2+. Les mécanismes sousjacents à ce type de plasticité synaptique, appelée facilitation "analogique" ou "analogo-digitale", restent largement inconnus pour la plupart des synapses centrales, principalement en raison de la difficulté à réaliser des enregistrements directs des petits boutons présynaptiques. Ici, nous utilisons de la photolyse de Ca2+ et de l'imagerie aux niveau des terminaisons présynaptiques individuelles des interneurones de la couche moléculaire du cervelet (ICM), combinées à des enregistrements électrophysiologiques avec la technique du patch. Nous décrivons un nouveau mécanisme de facilitation analogo-digitale qui est dépendant du Ca2+ infraliminaire et dans lequel la fraction et la cinétique du pool de vésicules dites “prêtes à être libérées” (readily releasable pool ou RRP en anglais), est modulée par des modifications de la probabilité d'occupation des sites d'ancrage dans des contacts synaptiques individuels. Nos résultats ajoutent une nouvelle dimension à la compréhension de la manière dont l'activité infraliminaire module le flux d'information dans les circuits neuronaux

In several neurons of the CNS, subthreshold somatodendritic activity can spread passively into the axon and transiently enhance spontaneous and spike-evoked synaptic transmission in a Ca2+-dependent and graded manner. Available evidence about the underlying mechanism of this type of synaptic plasticity, called “analog” or “analog to digital” facilitation (ADF), remains largely incomplete for the majority of central synapses, mainly due to the experimental inaccessibility to the small presynaptic boutons. Here we use both Ca2+ photolysis and imaging at individual presynaptic terminals of the rat cerebellar molecular layer interneurons (MLIs), combined with whole-cell paired recordings from synaptically connected MLIs, to report a novel subthreshold Ca2+-dependent mechanism for ADF whereby the fraction and the kinetics of the pool of vesicles available for immediate release, the readily releasable pool (RRP), are modulated by changing the docking site occupancy probability in single synaptic contacts. Our results add a new dimension in the understanding of how subthreshold activity modulates information flow in neuronal circuits.