Alzheimer disease (AD) is the most common form of neurodegenerative diseases. Only little is known about the control mechanisms which affect APP metabolism and that cause Alzheimer´s Disease. Gene expression profiling studies revealed reduced levels of Sorla mRNA in brain autopsies from patients suffering from AD compared with healthy individuals. Based on this observation, reduced SORLA activity may be considered a causal event in AD development. The mammalian receptor SORLA is a type-1 membrane protein that shares structural similarity to members of the group of VPS10P domain-containing receptors. In my studies, I have been able to uncover the molecular mechanisms how this receptor impacts on APP metabolism and progression. I showed that SORLA binds directly to APP and that both proteins co-immunoprecipitate from cell lysats, suggesting a direct interaction between SORLA and APP. Overexpression of SORLA in CHO and SH-SY5Y cell lines caused sequestration of APP in the Golgi compartment and protection from proteolytic processing as deduced from intracellular accumulation of mature APP. In addition, SORLA overexpression decreased the activity of both amyloidogenic and non-amyloidogenic processing pathway for APP. This inhibitory effect may either be attributed to an inhibition of the interaction of APP with the respective proteases or by controlling the transport of APP to the distinct subcellular compartments less favorable for proteolytic breakdown. Furthermore, the crucial role of SORLA in APP trafficking and processing fates has been established by site-directed mutagenesis of Sorla cDNA sequence to generate trafficking deficient receptor variants. Using these mutants, I was able to elucidate two trafficking routes for SORLA, and their dependence on interaction of the cytoplasmic domain of the receptor with the adaptor proteins GGA1 and PACS1. Finally, I identified the functional relevance of these sorting pathways for regulation of APP trafficking and metabolism. SORLAΔcd and SORLAacidic variants were predominantly localized to the cell surface and showed defects in endocytosis leading to accelerated Aβ production. In contrast, the SORLAGGA variant failed to undergo shuttling between TGN and endosomal compartments. Cells overexpressing this receptor mutant displayed increased sAPPα and decreased Aβ secretion, suggesting a shift from the amyloidogenic to the non-amyloidogenic pathway. As well as in cell culture experiments, I investigated the influence of SORLA on murine and human APP metabolism in vivo. I was able to demonstrate that ablation of Sorla gene expression in gene-targeted mice caused an elevated level of Aβ peptides and, consequently, enhanced plaque burden in the mouse brain, substantiating a central role for this receptor in amyloidogenic processing of APP in vivo.
Die Alzheimer-Krankheit ist eine der häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen beim Menschen. Über die Kontrollmechanismen des APP Stoffwechsels, welche die Alzheimer-Krankheit verursachen, ist nur wenig bekannt. Mittels Genexpressions-analysen konnte eine reduzierte Menge an Sorla mRNA im Gehirn von Alzheimer-Patienten nachgewiesen werden. Dementsprechend könnte eine reduzierte SORLA-Aktivität die Ursache für die Entwicklung der Alzheimer Krankheit bedeuten. Der Rezeptor SORLA ist ein Typ-1 Membranprotein, welches charakteristische Eigenschaften zu einer Gruppe der Transportrezeptoren aufweist. In meiner Arbeit konnte ich den molekularen Mechanismus aufklären, wie SORLA auf den APP Stoffwechsel und Entwicklung einwirkt. Mittels Koimmunopräzipitation konnte eine direkte Interaktion zwischen SORLA und APP gezeigt werden. Eine Überexpression von SORLA in CHO und SH-SY5Y Zellen verursachte ein Zurückhalten von APP-Molekülen im Golgi- Kompartiment und eine Inhibierung der APP-Prozessierung, welche ich anhand der erhöhten Menge von glycosylierten APP-Molekülen im Golgi-Kompartiment nachweisen konnte. Des weiteren führt eine SORLA Überexpression zu einer Reduzierung des amyloidogenen und nicht-amyloidogenen Prozessierungsweges von APP. Weiterhin wurde der Einfluss von SORLA im APP-Transport und der APP-Pro- zessierung untersucht. Durch den Austausch von spezifischen Aminosäuren im Bereich der zytoplasmatischen Domaine des Sorla-Gens wurden transportdefiziente Rezeptorvarianten generiert. Mittels dieser Mutanten konnte ich zwei Transportwege für SORLA identifizieren, sowie die Abhängigkeit dieser Transportwege von der Interaktion von SORLA mit den Adaptorproteinen GGA1 und PACS1. Auf diesem Wege konnte ich die funktionelle Relevanz beider Transportwege für die Regulation von APP-Transport und Metabolismus beweisen. Die SORLA-Mutanten SORLAΔcd and SORLAacidic wurden überwiegend an der Zelloberfläche lokalisiert. Der Defekt der Endozytose dieser SORLA-Mutanten führte zur erhöhter Aβ-Produktion in den Zellen. Im Gegensatz dazu wies die SORLAGGA-Variante Mängel im Transportweg zwischen Trans-Golgi-Network und Endosomen auf, wodurch es zu einem Anstieg von sAPPα-Molekülen und zu einer Reduzierung der Aβ-Sekretion kam. Analog zu den Experimenten in Zellen habe ich auch den Einfluss von SORLA auf den murinen und humanen APP-Metabolismus in Mäusen untersucht. Sorla-gendefiziente Mäuse wiesen eine erhöhte Menge an Aβ-Molekülen und dementsprechend erhöhte amyloidogene Plaqueablagerungen im Mausgehirn auf. Aus meinen Studien kann ich schliessen, dass SORLA eine zentrale Rolle in der amyloidogenen APP-Prozessierung in vivo und in vitro darstellt.