# Molecular mechanisms governing axo-axonic subcellular target recognition in the neocortex

> **NIH NIH F31** · STATE UNIVERSITY NEW YORK STONY BROOK · 2020 · $35,515

## Abstract

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT: 
Proper  cortical  network  development  and  function  is  reliant  on  the  generation,  maturation,  and  activity  of 
numerous cell types in addition to their complex cell-­cell interactions. Essential to this process is the output of 
glutamatergic pyramidal neurons (PyNs), which is highly modulated by inhibitory GABAergic interneurons. One 
subset  of  interneurons  that  exerts  powerful  control  over  PyN  spiking  is  the  chandelier  cell  (ChC), which  forms 
connections  specifically  at  the  site  of  action  potential  initiation  in  PyNs,  referred  to  as  the  axon  initial  segment 
(AIS). Due to the unique connections formed between the terminals of ChC axonal arbors and the AISs of large 
populations  of  spiking  PyNs,  ChCs  are  physiologically  poised  to  regulate  the  output  of  excitatory  cortical 
networks.  As  a  result,  it  is  not  surprising  that  disruptions  in  ChC  biology  have  been  linked  to  autism  spectrum 
disorder (ASD) and schizophrenia, debilitating mental health disorders resulting from aberrant neuronal network 
activity. Despite the importance of ChCs, virtually nothing is known about the molecular factors governing their 
selective  innervation  at  the  AIS  of  neocortical  PyNs.  By  performing  a  novel,  in  vivo  RNA  interference  (RNAi) 
screen against PyN AIS-­specific and -­enriched adhesion molecules, this study intriguingly revealed an essential 
role for the axonal cell adhesion molecule L1CAM in ChC/PyN AIS innervation. Specifically, L1CAM knockdown 
in neocortical PyNs was found to significantly reduce PyN AIS innervation by ChCs, thus identifying L1CAM as 
the  only  known  molecule  to  date  to  regulate  ChC/PyN  subcellular  target  recognition.  This  application  aims  to 
elucidate  how  L1CAM  governs  ChC/PyN  AIS  innervation  and  to  identify  the  presynaptic  binding  partner(s)  of 
L1CAM  on  ChC  axon  terminals.  To  this  end,  Aim  1  will  use  molecular  tools  to  disrupt  interactions  between 
L1CAM and the AIS cytoskeleton to determine whether cytoskeleton-­mediated L1CAM clustering is necessary 
for proper ChC/PyN AIS innervation. In addition, molecular replacement strategies will be utilized to investigate 
L1CAM’s subcellular distribution on the AIS and axon of neocortical PyNs in vivo. Finally, Aim 1 will determine 
whether PyN L1CAM is required early on for the establishment and/or later on for the maintenance of ChC/PyN 
innervation  using  RNAi  technology  in  combination  with  in  utero  electroporation  (IUE)-­  and  adeno-­associated 
viral-­based strategies. Aim 2 focuses on identifying the presynaptic binding partner(s) of L1CAM on ChC axon 
terminals. Based on mutant L1CAM screening, neuropilin-­1 (Nrp1) is hypothesized to serve as the presynaptic 
partner of L1CAM on ChCs necessary for proper ChC/PyN innervation. To test this, experiments utilizing ChC-­
targeting IUE, RNAi technology, and conditional N...

## Key facts

- **NIH application ID:** 9812187
- **Project number:** 5F31MH117871-02
- **Recipient organization:** STATE UNIVERSITY NEW YORK STONY BROOK
- **Principal Investigator:** NICHOLAS BIRON GALLO
- **Activity code:** F31 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2020
- **Award amount:** $35,515
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2018-11-16 → 2020-11-15

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/9812187

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 9812187, Molecular mechanisms governing axo-axonic subcellular target recognition in the neocortex (5F31MH117871-02). Retrieved via AI Analytics 2026-05-22 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/9812187. Licensed CC0.

---

*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*