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Dynamics and number of trans-SNARE complexes determine nascent fusion pore properties
Nature ( IF 50.5 ) Pub Date : 2018-01-31 , DOI: 10.1038/nature25481 Huan Bao 1, 2 , Debasis Das 1, 2 , Nicholas A Courtney 1, 2 , Yihao Jiang 1 , Joseph S Briguglio 1, 2 , Xiaochu Lou 1, 2 , Daniel Roston 3 , Qiang Cui 3 , Baron Chanda 1, 4 , Edwin R Chapman 1, 2
Nature ( IF 50.5 ) Pub Date : 2018-01-31 , DOI: 10.1038/nature25481 Huan Bao 1, 2 , Debasis Das 1, 2 , Nicholas A Courtney 1, 2 , Yihao Jiang 1 , Joseph S Briguglio 1, 2 , Xiaochu Lou 1, 2 , Daniel Roston 3 , Qiang Cui 3 , Baron Chanda 1, 4 , Edwin R Chapman 1, 2
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Summary The fusion pore is the first crucial intermediate formed during exocytosis, yet little is known regarding the mechanisms that determine the size and kinetic properties of these transient structures1. Here, we reduced the number of available SNAREs in neurons and observed changes in transmitter release suggestive of alterations in fusion pores. To address this, we employed reconstituted fusion assays using nanodiscs to trap pores in their initial open state. Optical measurements revealed that increasing the number of SNARE complexes enhanced the rate of release from single pores, and enabled the escape of larger cargos. To determine whether this was due to changes in nascent pore size versus stability, we developed a novel approach, based on nanodiscs and planar lipid bilayer electrophysiology, that affords μsec time resolution at the single event level. Remarkably, both parameters were affected by SNARE copy number. Increasing the number of v-SNAREs per nanodisc from three to five caused a two-fold increase in pore size and decreased the rate of pore closure by more than three orders of magnitude. Moreover, trans-SNARE pairing was highly dynamic: flickering nascent pores closed upon addition of a v-SNARE fragment, revealing that the fully assembled, stable, SNARE complex does not form at this stage of exocytosis. Finally, a deletion at the base of the SNARE complex, that mimics the action of botulinum neurotoxin A, dramatically reduced fusion pore stability. In summary, trans-SNARE complexes are dynamic, and the number of SNAREs recruited to drive fusion determine fundamental properties of individual pores.
中文翻译：
反式 SNARE 复合物的动力学和数量决定了新生的融合孔特性
总结 融合孔是胞吐过程中形成的第一个关键中间体，但对于决定这些瞬态结构的大小和动力学特性的机制知之甚少。在这里，我们减少了神经元中可用 SNARE 的数量，并观察到递质释放的变化，表明融合孔发生了变化。为了解决这个问题，我们采用重组融合分析，使用纳米圆盘将孔隙捕获在其初始开放状态。光学测量表明，增加 SNARE 复合物的数量会提高从单个孔中释放的速度，并使较大的货物能够逃逸。为了确定这是否是由于新生孔径与稳定性的变化，我们开发了一种基于纳米圆盘和平面脂质双层电生理学的新方法，在单个事件级别提供微秒时间分辨率。值得注意的是，这两个参数都受到 SNARE 拷贝数的影响。将每个纳米圆盘的 v-SNARE 数量从 3 个增加到 5 个会导致孔径增加两倍，并将孔闭合率降低三个数量级以上。此外，反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，这表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。这两个参数都受 SNARE 拷贝数的影响。将每个纳米圆盘的 v-SNARE 数量从 3 个增加到 5 个会导致孔径增加两倍，并将孔闭合率降低三个数量级以上。此外，反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，这表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。这两个参数都受 SNARE 拷贝数的影响。将每个纳米圆盘的 v-SNARE 数量从 3 个增加到 5 个会导致孔径增加两倍，并将孔闭合率降低三个数量级以上。此外，反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，这表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。将每个纳米圆盘的 v-SNARE 数量从 3 个增加到 5 个会导致孔径增加两倍，并将孔闭合率降低三个数量级以上。此外，反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，这表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。将每个纳米圆盘的 v-SNARE 数量从 3 个增加到 5 个会导致孔径增加两倍，并将孔闭合率降低三个数量级以上。此外，反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，这表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。
更新日期：2018-01-31
中文翻译：
反式 SNARE 复合物的动力学和数量决定了新生的融合孔特性
总结 融合孔是胞吐过程中形成的第一个关键中间体，但对于决定这些瞬态结构的大小和动力学特性的机制知之甚少。在这里，我们减少了神经元中可用 SNARE 的数量，并观察到递质释放的变化，表明融合孔发生了变化。为了解决这个问题，我们采用重组融合分析，使用纳米圆盘将孔隙捕获在其初始开放状态。光学测量表明，增加 SNARE 复合物的数量会提高从单个孔中释放的速度，并使较大的货物能够逃逸。为了确定这是否是由于新生孔径与稳定性的变化，我们开发了一种基于纳米圆盘和平面脂质双层电生理学的新方法，在单个事件级别提供微秒时间分辨率。值得注意的是，这两个参数都受到 SNARE 拷贝数的影响。将每个纳米圆盘的 v-SNARE 数量从 3 个增加到 5 个会导致孔径增加两倍，并将孔闭合率降低三个数量级以上。此外，反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，这表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。这两个参数都受 SNARE 拷贝数的影响。将每个纳米圆盘的 v-SNARE 数量从 3 个增加到 5 个会导致孔径增加两倍，并将孔闭合率降低三个数量级以上。此外，反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，这表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。这两个参数都受 SNARE 拷贝数的影响。将每个纳米圆盘的 v-SNARE 数量从 3 个增加到 5 个会导致孔径增加两倍，并将孔闭合率降低三个数量级以上。此外，反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，这表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。将每个纳米圆盘的 v-SNARE 数量从 3 个增加到 5 个会导致孔径增加两倍，并将孔闭合率降低三个数量级以上。此外，反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，这表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。将每个纳米圆盘的 v-SNARE 数量从 3 个增加到 5 个会导致孔径增加两倍，并将孔闭合率降低三个数量级以上。此外，反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，这表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。反式 SNARE 配对是高度动态的：在添加 v-SNARE 片段后闪烁的新生毛孔关闭，表明完全组装、稳定的 SNARE 复合物在胞吐作用的这个阶段不会形成。最后，模拟肉毒杆菌神经毒素 A 作用的 SNARE 复合体基部的缺失显着降低了融合孔的稳定性。总之，反式 SNARE 复合物是动态的，为驱动融合而招募的 SNARE 的数量决定了单个孔的基本特性。
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