ABSTRACT Background Loss of the Sortilin-related receptor 1 ( SORL1 ) gene seems to act as a causal event for Alzheimer’s disease (AD). Recent studies have established that loss of SORL1 , as well as mutations in autosomal dominant AD genes APP and PSEN1/2 , pathogenically converge by swelling early endosomes, AD’s cytopathological hallmark. Acting together with the retromer trafficking complex, SORL1 has been shown to regulate the recycling of the amyloid precursor protein (APP) out of the endosome, contributing to endosomal swelling and to APP misprocessing. We hypothesized that SORL1 plays a broader role in neuronal endosomal recycling and used human induced pluripotent stem cell derived neurons (hiPSC-Ns) to test this hypothesis. We examined endosomal recycling of three transmembrane proteins linked to AD pathophysiology: APP, the BDNF receptor Tropomyosin-related kinase B (TRKB), and the glutamate receptor subunit AMPA1 (GLUA1). Methods We used isogenic hiPSCs engineered to have SORL1 depleted or to have enhanced SORL1 expression. We differentiated neurons from these cell lines and mapped the trafficking of APP, TRKB and GLUA1 within the endosomal network using confocal microscopy. We also performed cell surface recycling and lysosomal degradation assays to assess the functionality of the endosomal network in both SORL1 depleted and overexpressing neurons. Finally, we analyzed alterations in gene expression in SORL1 depleted neurons using RNA-sequencing. Results We find that as with APP, endosomal trafficking of GLUA1 and TRKB is impaired by loss of SORL1 . We show that trafficking of all three cargo to late endosomes and lysosomes is affected by manipulating SORL1 expression. We also show that depletion of SORL1 significantly impacts the endosomal recycling pathway for APP and GLUA1 at the level of the recycling endosome and trafficking to the cell surface. This has a functional effect on neuronal activity as shown by multi-electrode array (MEA). Conversely, increased SORL1 expression enhances endosomal recycling for APP and GLUA1. Our unbiased transcriptomic data further support SORL1 ’s role in endosomal recycling. We observe altered expression networks that regulate cell surface trafficking and neurotrophic signaling in SORL1 depleted neurons. Conclusion Collectively, and together with other recent observations, these findings suggest that SORL1 is a broad regulator of retromer-dependent endosomal recycling in neurons, a conclusion that has both pathogenic and therapeutic implications for Alzheimer’s disease.

The Sortilin-related receptor 1 gene (SORL1, SORLA) is strongly associated with risk of developing Alzheimer9s disease (AD). SORLA is a regulator of endosomal trafficking in neurons and interacts with retromer, a complex that is a 9master conductor9 of endosomal trafficking. Pharmacological chaperones stabilize retromer in vitro, enhancing its function. Here we used an isogenic series of human induced pluripotent stem cell (hiPSC) lines with either one or two copies of SORL1 or harboring one copy of a SORL1 variant linked to increased risk for AD. We treated hiPSC-derived cortical neurons with the established retromer chaperone, TPT-260, and tested whether indicators of AD9s defining endosomal, amyloid, and Tau pathologies were corrected. We observed that the degree of rescue by TPT-260 treatment varied, depending on the number of copies of functional SORL1 and which SORL1 variant was expressed. Using a disease-relevant preclinical model, our work illuminates how the SORL1-retromer pathway can be therapeutically harnessed.