Abstract Amyloid precursor protein (APP) is ubiquitously expressed in human, mice and in zebrafish. In zebrafish, there are two orthologues, Appa and Appb. Interestingly, some cellular processes associated with APP overlap with cilia-mediated functions. Whereas the localization of APP to primary cilia of in vitro -cultured cells has been reported, we addressed the presence of APP in motile and in non-motile sensory cilia and its potential implication for ciliogenesis using zebrafish, mouse, and human samples. We report that Appa and Appb are expressed by ciliated cells and become localized at the membrane of cilia in the olfactory epithelium, otic vesicle and in the brain ventricles of zebrafish embryos. App in ependymal cilia persisted in adult zebrafish and was also detected in mouse and human brain. Finally, we found morphologically abnormal ependymal cilia and smaller brain ventricles in appa -/- appb -/- mutant zebrafish. Our findings demonstrate an evolutionary conserved localisation of APP to cilia and suggest a role of App in ciliogenesis and cilia-related functions.

Studies on genetic robustness recently revealed transcriptional adaptation (TA) as a mechanism by which an organism can compensate for genetic mutations through activation of homologous genes. Here, we discovered that genetic mutations, introducing a premature termination codon (PTC) in the amyloid precursor protein-b ( appb ) gene, activated TA of two other app family members, appa and amyloid precursor-like protein-2 ( aplp2 ), in zebrafish. The observed transcriptional response of appa and aplp2 required degradation of mutant mRNA and did not depend on Appb protein level. Furthermore, TA between amyloid precursor protein (APP) family members was observed in human neuronal progenitor cells; however, compensation was only present during early neuronal differentiation and could not be detected in a more differentiated neuronal stage or adult zebrafish brain. Using knockdown and chemical inhibition, we showed that nonsense-mediated mRNA decay (NMD) is involved in degradation of mutant mRNA and that Upf1 and Upf2, key proteins in the NMD pathway, regulate the endogenous transcript levels of appa , appb , aplp1 , and aplp2 . In conclusion, our results suggest that the expression level of App family members is regulated by the NMD pathway and that mutations destabilizing app / APP mRNA can induce genetic compensation by other family members through TA in both zebrafish and human neuronal progenitors.