Somatodendritic oxytocin release: dynamics and molecular machinery

Abstract

Oxytocin (OT) is a neuropeptide hormone that plays a key role in the regulation of social behaviors. Primarily synthesized in the hypothalamus, OT production is centered in the paraventricular (PVN) and supraoptic (SON) nuclei. From there, OT is released into the bloodstream, where it supports functions like childbirth and the milk ejection reflex, and into the brain, where it influences social behaviors, including attachment, maternal care, and aggression. Dysregulation of the oxytocinergic system has been associated with impairments in social behaviors, as seen in autism spectrum disorder (ASD). OT is stored within Dense Core Vesicles (DCVs), whose release properties remain less understood compared to Synaptic Vesicles (SVs). To address this knowledge gap, the primary aims of this thesis were to characterize the dynamic properties of OT release and to identify the molecular machinery involved. To achieve these objectives, we used live-cell microscopy and secretion assays in primary hypothalamic cultures to analyze OT-containing compartments’ dynamics under both basal and stimulated conditions, with and without extracellular calcium. A detailed analysis of SNARE protein expression in hypothalamic slices and cultures identified SNAP-47 as a key somatodendritic SNARE protein. This non-canonical SNARE was closely associated with OT-membrane patches, positioning it to play a significant role in OT dynamics and release during both basal and stimulated states. Furthermore, the elimination of SNAP-47 in the PVN reduced sociability in mice, suggesting that alterations in somatodendritic OT dynamics may affect basic aspects of social behavior. In summary, our findings reveal that OT vesicles represent a heterogeneous population regulated by a unique SNARE complex involving SNAP-47, which contributes to both basal and activity-dependent mobilization of OT in hypothalamic neurons, potentially impacting social behavior./ La oxitocina (OT) es un neuropéptido que juega un papel importante en la regulación de los comportamientos sociales. Sintetizada principalmente en el hipotálamo, la producción de OT se centra en los núcleos paraventricular (PVN) y supraóptico (SON). Desde aquí, la OT es liberada al torrente sanguíneo, donde desempeña funciones facilitadoras durante el parto y la lactancia, y en el cerebro, donde influencia los comportamientos sociales, incluyendo la formación de vínculos, el cuidado materno, y la agresión. La desregulación del sistema oxitocinérgico se ha asociado con alteraciones en el comportamiento social, como se ha visto en el trastorno del espectro autista (ASD). La OT se almacena en vesículas de núcleo denso (DCVs), cuyas propiedades de liberación han sido menos estudiadas en comparación con las vesículas ligeras (SVs). Para avanzar en esta línea de conocimiento, los objetivos principales de esta tesis se han centrado en caracterizar las propiedades dinámicas de las vesículas de OT e identificar la maquinaria molecular implicada en su liberación. Para alcanzar estos objetivos, combinamos técnicas de microscopía en célula viva y ensayos de secreción en cultivos primarios de hipotálamo, para analizar la dinámica de los compartimentos de OT en condiciones basales y en respuesta a protocolos de estimulación, con y sin calcio extracelular. Un análisis detallado de la expresión de proteínas SNARE en rodajas y cultivos hipotalámicos identificó un papel clave para SNAP-47. Esta proteína SNARE no canónica se encuentra estrechamente asociada con los parches de OT de membrana, indicando una importante función en la dinámica y liberación de OT en condiciones basales y en respuesta a estimulación. La eliminación de SNAP-47 en el PVN redujo la sociabilidad en ratones, sugiriendo que alteraciones en la dinámica de la OT somatodendrítica podrían afectar aspectos fundamentales del comportamiento social. Nuestros resultados revelan que las vesículas de OT constituyen una población heterogénea regulada por un complejo SNARE que involucra SNAP-47, que contribuye tanto a la movilización de OT en condiciones basales como en respuesta a protocolos de estimulación, potencialmente influyendo en la regulación de aspectos básicos de la conducta social.