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.

The apolipoprotein E (apoE) type 4 allele (APOE4) is a susceptibility gene for late-onset familial and sporadic Alzheimer disease. ApoE is found in some neurofibrillary tangle-bearing neurons, one of the major pathologic hallmarks of the disease. Neurofibrillary tangles contain paired helical filaments formed from hyperphosphorylated microtubule-associated protein tau. In vitro, tau binds avidly to apoE3, but not to apoE4, forming a bimolecular complex. Tau phosphorylated with a brain extract does not bind either isoform. ApoE3 binds to the microtubule-binding repeat region of tau, which is also the region that is thought to cause self-assembly into the paired helical filament. Binding studies with fragments of ApoE demonstrate that the tau-binding region of apoE3 corresponds to its receptor-binding domain and is distinct from the region that binds lipoprotein particles or beta/A4 peptide. Isoform-specific interactions of apoE with tau may regulate intraneuronal tau metabolism in Alzheimer disease and alter the rate of formation of paired helical filaments and neurofibrillary tangles.

Late-onset and sporadic Alzheimer's disease are associated with the apolipoprotein E (apoE) type 4 allele expressing the protein isoform apoE4. Apolipoprotein E binds avidly to beta amyloid (A beta) peptide, a major component of senile plaque of Alzheimer's disease, in an isoform-specific manner. The apoE4 isoform binds to A beta peptide more rapidly than apoE3. We observed that soluble SDS-stable complexes of apoE3 or apoE4, formed by coincubation with A beta peptide, precipitated after several days of incubation at 37 degrees C with apoE4 complexes precipitating more rapidly than apoE3 complexes. A beta(1-28) and A beta(1-40) peptides were incubated in the presence or absence of apoE3, apoE4, or bovine serum albumin for 4 d at 37 degrees C (pH 7.3). Negative stain electron microscopy revealed that the A beta peptide alone self-assembled into twisted ribbons containing two or three strands but occasionally into multistranded sheets. The apoE/A beta coincubates yielded monofibrils 7 nm in diameter. ApoE4/A beta coincubates yielded a denser matrix of monofibrils than apoE3/A beta coincubates. Unlike purely monofibrillar apoE4/A beta coincubates, apoE3/A beta coincubates also contained double- and triple-stranded structures. Both apoE isoforms were shown by immunogold labeling to be uniformly distributed along the A beta peptide monofibrils. Monofibrils appeared earlier in apoE4/A beta than in apoE3/A beta in time-course experiments. Thus apoE3 and apoE4 each interact with beta amyloid peptide to form novel monofibrillar structures, apoE4 more avidly, a finding consistent with the biochemical and genetic association between apoE4 and Alzheimer's disease.

The enolase (EC 4.2.1.11) isoenzymes, neuron-specific enolase (NSE, gamma gamma) and non-neuronal enolase (NNE, alpha alpha), are markers for neurons and glia, respectively, in adult mammalian brain. In developing fetal and early postnatal brain, levels of non-neuronal enolase (NNE) are high. Neuron-specific enolase (NSE) appears only after neurogenesis begins in a given region and only slowly attains adult levels. Immunocytochemistry in developing rat and rhesus monkey brain reveals that proliferative zones that give rise to neurons are NNE(+). Thus, nerve cells must undergo a switch from NNE to NSE. In addition, study of neurons in cerebellum and neocortex reveals that they are NNE(+) during migration and only become NSE(+) in their final location, presumably after making full synaptic connections. Such migrating cells may contain hybrid enolase (alpha gamma) and some (e.g. cerebellar stellate/basket cells) may not completely switch over to NSE even in the adult. Neuron-specific enolase is not only a specific molecular marker for mature nerve cells, but is closely correlated to the differentiated state.