ABSTRACT The few established causal genes in Alzheimer’s disease (AD), mutations in APP and PSENs, have been functionally characterized using biomarkers, capturing an in vivo profile reflecting the disease’s initial preclinical phase. SORL1 , a gene encoding the endosome recycling receptor SORLA, epidemiologically behaves as a causal gene when truncating mutations lead to partial loss of protein function. Here, in an effort to test whether SORL1 can indeed function as an AD causal gene, we used CRISPR-Cas9-based gene editing to develop a novel model of SORL1 haploinsufficiency in Göttingen Minipigs taking advantage of porcine models for biomarker investigations. SORL1 haploinsufficiency in young minipigs was found to phenocopy the preclinical in vivo profile of AD observed with other causal genes, resulting in spinal fluid abnormalities in Aβ and tau, with no evident neurodegeneration or amyloid plaque formation. These studies provide functional support that SORL1 is a bona fide causal gene in AD, and when taken together with recent insight on other AD-causal genes, support the idea that dysfunctional endosomal recycling is a dominant pathogenic pathway in the disease.

Abstract SorLA, encoded by the gene SORL1 , is an intracellular sorting receptor of the VPS10P domain receptor gene family. Although SorLA is best recognized for its ability to shuttle target proteins between intracellular compartments in neurons, recent data suggest that also its microglial expression can be of high relevance for the pathogenesis of brain diseases, including glioblastoma (GBM). Here we interrogated the impact of SorLA on the functional properties of glioma-associated microglia and macrophages (GAMs). In the GBM microenvironment, GAMs are re-programmed and in turn lose the ability to elicit anti-tumor responses. Instead, they acquire glioma-supporting phenotype, which is a key mechanism promoting glioma progression. Our analysis of scRNA-seq data from GBM patients revealed that the pro-tumorigenic and pro-inflammatory properties of GAMs are linked to high and low SORL1 expression, respectively. Using cell models, we confirm that SorLA levels are differentially regulated by the presence of glioma cells and by inflammatory cues. We further show that SorLA acts as a sorting receptor for the pro-inflammatory cytokine TNFα to restrain its secretion from microglia. As a consequence, loss of SorLA enhanced the pro-inflammatory potential of microglia, having a remarkable impact on glioma progression. In a murine model of glioma, SorLA-deficient mice develop smaller tumors and show hallmarks of anti-tumor response including altered microglia morphology, enhanced necroptosis, and massive neutrophil influx into the tumor parenchyma. Our findings indicate that SorLA is a key player in shaping the phenotype of GAMs, and its depletion can unlock an anti-tumor response. Significance statement Our study provides insight into the mechanisms shaping the tumor microenvironment in glioblastoma (GBM), the most prevalent and aggressive brain malignancy in adults. Poor prognosis in GBM largely results from the properties of the glioma milieu that blocks the anti-tumor response. We show that SorLA restricts release of the pro-inflammatory cytokine TNFα from microglia, thereby hampering their anti-glioma response. SorLA depletion reinforces the pro-inflammatory properties of tumor microenvironment and inhibits glioma growth. These findings have significant implications for our understanding of glioma biology, indicating SorLA-TNFα interaction as a potential target in GBM therapies. They also offer a new perspective on SorLA activities in microglia which emerge as highly relevant not only for the pathogenesis GBM, but also of other brain diseases such as Alzheimer’s disease.

ABSTRACT SORL1 encodes the retromer-associated receptor SORLA that functions in endosomal recycling. Rare variants in SORL1 have been associated with Alzheimer’s disease (AD) and rare pathogenic variants are estimated to occur in up to 2.75% of early onset AD patients and in 1.5% of unrelated late onset AD patients. While truncation mutations are observed almost exclusively in AD patients, it is currently unknown which among the hundreds of rare missense variants identified in SORL1 , are pathogenic. Here we address this question by relying on SORLA’s distinct molecular architecture. First, we completed a structure-guided sequence alignment for all the protein domains. Next, we identified proteins that contain domains homologous to those of SORLA, which include pathogenic variants for monogenic diseases. We identified the analogous domain positions of these variants in the SORLA protein sequence and showed that variants in these positions similarly impair SORL1 , and lead to AD. Together, our findings represent a comprehensive compendium on SORLA protein variation and functional effects, which allowed us to prioritize SORL1 genetic variants into high or moderate priority mutations. We envision that this compendium will be used by clinical geneticists for assessing variants they identify in patients, allowing further development of diagnostic procedures and patient counseling strategies. Utimately, this compendium will inform investigations into the molecular mechanisms of endosomal recycling which will support the development of therapeutic treatment strategies for SORL1 variant-carrying patients.