The apolipoprotein E type 4 allele ( APOE -ε4) is genetically associated with the common late onset familial and sporadic forms of Alzheimer's disease (AD). Risk for AD increased from 20% to 90% and mean age at onset decreased from 84 to 68 years with increasing number of APOE -ε4 alleles in 42 families with late onset AD. Thus APOE -ε4 gene dose is a major risk factor for late onset AD and, in these families, homozygosity for APOE -ε4 was virtually sufficient to cause AD by age 80.

Apolipoprotein E is immunochemically localized to the senile plaques, vascular amyloid, and neurofibrillary tangles of Alzheimer disease. In vitro, apolipoprotein E in cerebrospinal fluid binds to synthetic beta A4 peptide (the primary constituent of the senile plaque) with high avidity. Amino acids 12-28 of the beta A4 peptide are required. The gene for apolipoprotein E is located on chromosome 19q13.2, within the region previously associated with linkage of late-onset familial Alzheimer disease. Analysis of apolipoprotein E alleles in Alzheimer disease and controls demonstrated that there was a highly significant association of apolipoprotein E type 4 allele (APOE-epsilon 4) and late-onset familial Alzheimer disease. The allele frequency of the APOE-epsilon 4 in 30 random affected patients, each from a different Alzheimer disease family, was 0.50 +/- 0.06; the allele frequency of APOE-epsilon 4 in 91 age-matched unrelated controls was 0.16 +/- 0.03 (Z = 2.44, P = 0.014). A functional role of the apolipoprotein E-E4 isoform in the pathogenesis of late-onset familial Alzheimer disease is suggested.

Apolipoprotein E, type ϵ4 allele (APOE ϵ4), is associated with late-onset familial Alzheimer9s disease (AD). There is high avidity and specific binding of amyloid β-peptide with the protein ApoE. To test the hypothesis that late-onset familial AD may represent the clustering of sporadic AD in families large enough to be studied, we extended the analyses of APOE alleles to several series of sporadic AD patients. APOE ϵ4 is significantly associated with a series of probable sporadic AD patients (0.36 ± 0.042, AD, versus 0.16 ± 0.027, controls [allele frequency estimate ± standard error], p = 0.00031). Spouse controls did not differ from CEPH grandparent controls from the Centre d9Etude du Polymorphisme Humain (CEPH) or from literature controls. A large combined series of autopsy-documented sporadic AD patients also demonstrated highly significant association with the APOE ϵ4 allele (0.40 ± 0.026, p ≤ 0.00001). These data support the involvement of ApoE ϵ4 in the pathogenesis of late-onset familial and sporadic AD. ApoE isoforms may play an important role in the metabolism of β-peptide, and APOE ϵ4 may operate as a susceptibility gene (risk factor) for the clinical expression of AD.

Amyloid beta-peptide (A beta) deposition in senile plaques and cerebral vessels is a neuropathological feature of Alzheimer disease (AD). We examined the possibility that commonly observed variability in A beta deposition in late-onset AD might be related to apolipoprotein E genotype (APOE gene; the two most common alleles are 3 and 4), since APOE4 is a susceptibility gene for late-onset AD and apolipoprotein E interacts strongly with A beta in vitro. In an autopsy series of brains of late-onset AD patients, we found a strong association of APOE4 allele with increased vascular and plaque A beta deposits. Late-onset AD patients with one or two APOE4 alleles have a distinct neuropathological phenotype compared with patients homozygous for APOE3.

Apolipoprotein E (apoE), a plasma apolipoprotein that plays a central role in lipoprotein metabolism, is localized in the senile plaques, congophilic angiopathy, and neurofibrillary tangles of Alzheimer disease. Late-onset familial and sporadic Alzheimer disease patients have an increased frequency of one of the three common apoE alleles, epsilon 4, suggesting apoE4 is associated with increased susceptibility to disease. To follow up on this suggestion, we compared the binding of synthetic amyloid beta (beta/A4) peptide to purified apoE4 and apoE3, the most common isoform. Both isoforms bound synthetic beta/A4 peptide, the primary constituent of the plaque and angiopathy, forming a complex that resisted dissociation by boiling in SDS. Oxygen-mediated complex formation was implicated because binding was increased in oxygenated buffer, reduced in nitrogen-purged buffer, and prevented by reduction with dithiothreitol or 2-mercaptoethanol. Binding of beta/A4 peptide was saturable at 10(-4) M peptide and required residues 12-28. Examination of apoE fragments revealed that residues 244-272 are critical for complex formation. Both oxidized apoE4 and apoE3 bound beta/A4 peptide; however, binding to apoE4 was observed in minutes, whereas binding to apoE3 required hours. In addition, apoE4 did not bind beta/A4 peptide at pH < 6.6, whereas apoE3 bound beta/A4 peptide from pH 7.6 to 4.6. Together these results indicate differences in the two isoforms in complexing with the beta/A4 peptide. Binding of beta/A4 peptide by oxidized apoE may determine the sequestration or targeting of either apoE or beta/A4 peptide, and isoform-specific differences in apoE binding or oxidation may be involved in the pathogenesis of the intra- and extracellular lesions of Alzheimer disease.

The epsilon4 allele of the apolipoprotein E gene (APOE) is the chief known genetic risk factor for Alzheimer's disease, the most common cause of dementia late in life. To determine the relation between brain responses to tasks requiring memory and the genetic risk of Alzheimer's disease, we performed APOE genotyping and functional magnetic resonance imaging (MRI) of the brain in older persons with intact cognition.We studied 30 subjects (age, 47 to 82 years) who were neurologically normal, of whom 16 were carriers of the APOE epsilon4 allele and 14 were homozygous for the APOE epsilon3 allele. The mean age and level of education were similar in the two groups. Patterns of brain activation during functional MRI scanning were determined while subjects memorized and recalled unrelated pairs of words and while subjects rested between such periods. Memory was reassessed in 14 subjects two years later.Both the magnitude and the extent of brain activation during memory-activation tasks in regions affected by Alzheimer's disease, including the left hippocampal, parietal, and prefrontal regions, were greater among the carriers of the APOE epsilon4 allele than among the carriers of the APOE epsilon3 allele. During periods of recall, the carriers of the APOE epsilon4 allele had a greater average increase in signal intensity in the hippocampal region (1.03 percent vs. 0.62 percent, P<0.001) and a greater mean (+/-SD) number of activated regions throughout the brain (15.9+/-6.2 vs. 9.4+/-5.5, P=0.005) than did carriers of the APOE epsilon3 allele. Longitudinal assessment after two years indicated that the degree of base-line brain activation correlated with degree of decline in memory.Patterns of brain activation during tasks requiring memory differ depending on the genetic risk of Alzheimer's disease and may predict a subsequent decline in memory.

Fluorodeoxyglucose positron emission tomography (PET) studies have found that patients with Alzheimer's dementia (AD) have abnormally low rates of cerebral glucose metabolism in posterior cingulate, parietal, temporal, and prefrontal cortex. We previously found that cognitively normal, late-middle-aged carriers of the apolipoprotein E epsilon4 allele, a common susceptibility gene for late-onset Alzheimer's dementia, have abnormally low rates of glucose metabolism in the same brain regions as patients with probable AD. We now consider whether epsilon4 carriers have these regional brain abnormalities as relatively young adults. Apolipoprotein E genotypes were established in normal volunteers 20-39 years of age. Clinical ratings, neuropsychological tests, magnetic resonance imaging, and PET were performed in 12 epsilon4 heterozygotes, all with the epsilon3/epsilon4 genotype, and 15 noncarriers of the epsilon4 allele, 12 of whom were individually matched for sex, age, and educational level. An automated algorithm was used to generate an aggregate surface-projection map that compared regional PET measurements in the two groups. The young adult epsilon4 carriers and noncarriers did not differ significantly in their sex, age, educational level, clinical ratings, or neuropsychological test scores. Like previously studied patients with probable AD and late-middle-aged epsilon4 carriers, the young epsilon4 carriers had abnormally low rates of glucose metabolism bilaterally in the posterior cingulate, parietal, temporal, and prefrontal cortex. Carriers of a common Alzheimer's susceptibility gene have functional brain abnormalities in young adulthood, several decades before the possible onset of dementia.

MicroRNAs have essential functional roles in brain development and neuronal specification but their roles in neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease (AD) is unknown. Using a sensitive qRT-PCR platform we identified regional and stage-specific deregulation of miRNA expression in AD patient brains. We used experimental validation in addition to literature to reveal how the deregulated brain microRNAs are biomarkers for known and novel pathways in AD pathogenesis related to amyloid processing, neurogenesis, insulin resistance, and innate immunity. We additionally recovered miRNAs from cerebrospinal fluid and discovered AD-specific miRNA changes consistent with their role as potential biomarkers of disease.

The major known genetic risk for Alzheimer's disease (AD), apolipoprotein E-4 (APOE-4), is associated with lowered parietal, temporal, and posterior cingulate cerebral glucose metabolism in patients with a clinical diagnosis of AD. To determine cognitive and metabolic decline patterns according to genetic risk, we investigated cerebral metabolic rates by using positron emission tomography in middle-aged and older nondemented persons with normal memory performance. A single copy of the APOE-4 allele was associated with lowered inferior parietal, lateral temporal, and posterior cingulate metabolism, which predicted cognitive decline after 2 years of longitudinal follow-up. For the 20 nondemented subjects followed longitudinally, memory performance scores did not decline significantly, but cortical metabolic rates did. In APOE-4 carriers, a 4% left posterior cingulate metabolic decline was observed, and inferior parietal and lateral temporal regions demonstrated the greatest magnitude (5%) of metabolic decline after 2 years. These results indicate that the combination of cerebral metabolic rates and genetic risk factors provides a means for preclinical AD detection that will assist in response monitoring during experimental treatments.