dc.contributor.author
Caglayan, Safak
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:22:52Z
dc.date.available
2013-10-28T13:36:22.841Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10410
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14608
dc.description.abstract
SORLA (sorting protein-related receptor with A-type repeats) is a type-I
transmembrane receptor and a member of VPS10P (vacuolar protein sorting 10
protein)-domain receptor family. The receptor is expressed in neurons of the
cortex, hippocampus and cerebellum of the brain. SORLA is strongly implicated
in Alzheimer disease (AD) as shown in transgenic mouse models and cell culture
experiments. Studies in cell culture uncovered a mechanism how SORLA is
protective in AD; SORLA acts as a retention factor for amyloid precursor
protein (APP) and prevents its localization to the compartments where its
proteolytic processing occurs. A role for SORLA in AD is supported by a
substantial amount of data from human studies. Thus, expression profiling
studies showed that levels of SORLA are selectively reduced in disease-
vulnerable regions of the brain in the patients with sporadic AD compared to
the control individuals. Genetic association studies confirmed the casual role
for SORLA in AD, as multiple single nucleotide polymorphisms (SNPs) in SORL1
(the gene encoding SORLA) are associated with the disease. Although some SNPs
in SORL1 were previously correlated with certain AD biomarkers, the molecular
mechanism how they confer the risk for the disease was not known. I
hypothesized that these genetic variants may control expression levels of
SORLA. To test my hypothesis, I collected a sample set consisting of 88 brain
autopsy specimens. Next, I genotyped the selected risk SNPs and determined
SORLA concentrations in the sample set using a specific and reliable ELISA
developed by me. In line with reduced expression of SORLA as a disease causing
factor, association analyses of the genetic data and protein levels revealed
that two SNPs in SORL1, rs2070045 and rs1699102, are associated with reduced
SORLA expression levels in the brain. Interestingly, measurements of the RNA
levels in the brain samples didn’t show any effects of the SNPs on transcript
levels. Rather, analyses of protein and RNA expression levels in the cells
showed that these risk variants are affecting SORLA expression post-
transcriptionally. Ineffective codon usage due to the silent mutations might
be the reason causing lower expression of SORLA in the patients carrying the
risk variants. Consistent with reduced expression of SORLA in the patients
with AD, deficiency of the receptor in the mouse brain results in increased
amyloidogenic processing and accumulation of amyloid (A)-beta, hallmarks of
AD. Conceptually, increasing SORLA expression may thus represent a therapeutic
approach in AD. To test this hypothesis, I carried out a second project
whereby I generated a transgenic mouse line overexpressing SORLA (Rosa26Tg/+)
by inserting human SORLA cDNA into the murine Rosa26 locus. I showed using
ELISA that SORLA concentration is increased 4-5-fold in the brain of
Rosa26Tg/+ mice compared to control (Rosa26+/+) animals expressing only the
murine receptor. Further characterization of Rosa26Tg/+ mice by
immunostainings revealed neuronal localization of SORLA expressed by the
transgene. These results demonstrated that Rosa26Tg/+ mice represent a valid
and efficient model to study effects of overexpression of SORLA in vivo. Next,
I analyzed processing products of murine APP in the brain. I also evaluated
human APP processing by breeding the mouse line with a rodent model of AD
expressing the human APP transgene. In line with protective role of SORLA,
neuronal overexpression of the receptor in the brain resulted in 2-3-fold
decrease in A-beta accumulation both for the murine and human models.
Surprisingly, other processing products of APP remained unaltered in
Rosa26Tg/+ mice. To exclude that the known catabolic pathways of A-beta
weren’t changed in Rosa26Tg/+ mice, I showed major A-beta degrading enzymes
and clearance receptors were similar in Rosa26Tg/+ and Rosa26+/+ mice. As a
consequence, I reasoned a novel and previously unrecognized function for SORLA
in clearance of A-beta. In support of this model, I showed that non-neuronal
cells as well as primary neuronal cells overexpressing SORLA internalized more
A-beta as compared to control cells. Additionally, I showed that the
internalized A-beta is transported to lysosomes for degradation. Hence, my
studies suggest a novel function of SORLA supporting the protective role of
the receptor in AD; addition to inhibiting processing of APP, SORLA might be
involved in cellular catabolism of A-beta. Taken together, my studies have
identified a unique genetic mechanism whereby two SNPs control levels of SORLA
expression in the human brain. Moreover, I have uncovered a novel role for
SORLA in clearance of A-beta that may underlie the protective effect on AD
seen in individuals with high receptor activity in the brain.
de
dc.description.abstract
SORLA („sorting protein-related receptor with A-type repeats“) ist ein Typ-I-
Transmembranrezeptor, welcher zur Familie der Rezeptoren mit VPS10P („vacuolar
protein-sorting 10 protein“)-Domäne gehört. Im Gehirn ist der Rezeptor in
Neuronen des Cortex, Hippocampus und des Cerebellums exprimiert. SORLA steht
im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit, wie transgene Mausmodelle und
Zellkulturexperimente gezeigt haben. Studien mittels Zellkulturen fanden einen
zellulären Mechanismus, in dem sich SORLA protektiv auf die Alzheimer-
Krankheit auswirkt; dabei fungiert SORLA als Retentionsfaktor, der APP
(„amyloid precursor protein“) im trans-Golgi Netzwerk der Zelle zurück hält
und somit verhindert, dass das Protein in entferntere Zellkompartimente
gelangt, in denen es proteolytisch prozessiert werden kann. Die Rolle von
SORLA in der Alzheimer-Krankheit wird durch eine profunde Anzahl an
Patientendaten belegt. Expressionsprofile dieser Patienten haben gezeigt, dass
die Menge an SORLA bei Patienten mit sporadischer Alzheimer-Krankheit in
Regionen des Gehirns reduziert ist, in denen sich Symptome der Alzheimer-
Krankheit als erstes manifestieren. Studien, die eine genetische Assoziation
von SORLA und der Alzheimer-Krankheit untersucht haben, ergaben, dass mehrere
Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs, „single nucleotide polymorphisms“) in
SORL1, dem SORLA kodierendem Gen, mit der Erkrankung assoziiert sind. Obwohl
bereits gezeigt werden konnte, dass einige dieser SNPs in SORL1 mit bestimmten
Biomarkern für die Alzheimer-Krankheit korrelieren, war der molekulare
Mechanismus, wie diese SNPs zu einem höheren Risiko der Erkrankung beitragen,
nicht bekannt. Anhand meiner Doktorarbeit konnte ich zeigen, dass diese
genetischen Varianten die Expressionsmenge von SORLA beeinflussen können.
Dabei wurden 88 Patientenproben aus Gehirnautopsien gesammelt und auf
auserwählte Risiko-SNPs genotypisiert, sowie die Menge an SORLA in diesen
Gehirnproben bestimmt. Dazu hatte ich im Vorfeld einen spezifischen und
verlässlichen ELISA für SORLA entwickelt. Die Assoziationsanalyse der
genetischen SNP-Daten und der Proteinmengen ergaben, dass zwei SNPs in SORL1,
rs2070045 und rs1699102, mit reduzierten Expressionsmengen von SORLA im Gehirn
assoziiert sind. Interessanterweise hatten diese SNPs jedoch keinerlei Effekt
auf die Transkriptionsaktivität des SORLA-Gens in den Gehirnautopsien.
Vielmehr stellte sich heraus, dass bei genauer Untersuchung der Protein- und
RNA-Mengenim Zellkultursystem die SNPs die Expression von SORLA
posttranskriptionell beeinflussen. Denkbar ist, dass die durch stille
Mutationen veränderten Aminosäure-Codons nur ineffektiv translatiert werden
können und somit ursächlich für die verminderte Expression von SORLA in
Alzheimer-Patienten mit diesen Risikovarianten sind. Analog zu Alzheimer-
Patienten mit verminderter SORLA-Expression, führt eine SORLA-Defizienz im
Mausgehirn zu einer erhöhten amyloiden Prozessierung und somit zu einer
Akkumulation von amyloid (A)-beta-Peptiden, einem Kennzeichen der Alzheimer-
Krankheit. Konzeptionell sollte eine erhöhte Expression von SORLA somit eine
therapeutische Wirkung auf die Alzheimer-Krankheit haben. Um diese Hypothese
zu untersuchen, generierte ich im zweiten Teil meiner Doktorarbeit eine
transgene Mauslinie, welche SORLA (Rosa26Tg/+) überexprimiert., Anhand dieser
Tiere konnte gezeigt werden, dass die Konzentration von SORLA in Gehirnen von
Rosa26Tg/+-Tieren vier- bis fünffach erhöht war im Vergleich zu Kontrolltieren
(Rosa26+/+), welche nur den murinen Rezeptor exprimieren. Zur weiteren
Charakterisierung der Rosa26Tg/+-Tiere konnte ich in Immunfärbungen zeigen,
dass das SORLA-Transgen in Neuronen exprimiert wird und sich somit die
Rosa26Tg/+-Mäuse als valides und effizientes Tiermodell eignet, um die Effekte
einer Überexpression von SORLA in vivo genauer zu untersuchen. Als nächstes
habe ich sowohl die Prozessierungsprodukte von murinem und humanem APP im
Gehirn analysiert,indem ich meine transgene Mauslinie in ein Mausmodel der
Alzheimer-Krankheit eingekreuzt habe. Übereinstimmend mit der protektiven
Rolle von SORLA, war die murine und humane A-beta-Akkumulation in den Gehirnen
um zwei- bis dreifach verringert, während . die anderen Prozessierungsprodukte
von APP in den Rosa26Tg/+-Tieren unverändert blieben. Um auszuschließen, dass
die bekannten katabolen Abbauwege von A-beta-Peptide in den Rosa26Tg/+-Tieren
verändert waren, untersuchte ich verschiedene Enzyme und Rezeptoren, die
hauptsächlich für den Abbau von A-beta-Peptide verantwortlich sind, und konnte
keinerlei Unterschiede zwischen Rosa26Tg/+ und Rosa26+/+-Tieren feststellen.
Diese Resultate ließen mich zu der Schlussfolgerung kommen, dass SORLA eine
neue und bisher unbekannte Funktion in der Beseitigung von A-beta-Peptide
haben muss. Daten, die dieses Modell stützen, zeigten, dass sowohl nicht-
neuronale Zellen als auch primäre Neuronen bei einer Überexpression von SORLA
mehr A-beta-Peptide internalisieren als Kontrollzellen. Weiterhin wurde
deutlich, dass internalisiertes A-beta in Lysosomen zur Degradation
transportiert wird. Basierend auf meinen Resultaten schlage ich eine neuartige
Funktion für SORLA vor, die eine protektive Rolle des Rezeptors bezüglich der
Alzheimer-Krankheit einnimmt; zusätzlich zur Inhibierung der APP-Prozessierung
könnte SORLA am zellulären Katabolismus von A-beta-Peptiden beteiligt sein.
Zusammenfassend haben meine Untersuchungen einen einzigartigen genetischen
Mechanismus identifiziert, in welchem zwei SNPs die Expression von SORLA im
menschlichen Gehirn kontrollieren. Des Weiteren habe ich eine neuartige Rolle
für SORLA in der Beseitigung von A-beta-Peptiden gefunden, welche der Grund
für den protektiven Effekt auf die Alzheimer-Krankheit in Individuen mit hoher
Rezeptoraktivität im Gehirn darstellen könnte.
de
dc.format.extent
XVIII, 145 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Alzheimer disease
dc.subject
human genetics
dc.subject
single nucleotide polymorphism
dc.subject
transgenic mice
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
dc.title
SORLA/SORL1 as genetic risk factor in Alzheimer disease
dc.contributor.firstReferee
Herr. Prof. Dr. Fritz. G. Rathjen
dc.contributor.furtherReferee
Herr. Prof. Dr. Thomas E. Willnow
dc.date.accepted
2013-10-14
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000095381-6
dc.title.translated
SORLA/SORL1 als genetischer Risikofaktor bei der Alzheimer-Krankheit
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000095381
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000014296
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access