OMIM Entry – * 603743 – APOLIPOPROTEIN L-I; APOL1

TEXT

APOL1-genet koder for apolipoprotein L-I (apoL-I), et humant specifikt serum apolipoprotein bundet til HDL-partikler (HDL) med høj densitet (resumé af Perez-Morga et al., 2005). Dette apolipoprotein dræber det afrikanske trypanosom Trypanosoma brucei brucei, undtagen underarter, der er tilpasset mennesker (T. b. rhodesiense, T. b. gambiense). Genovese et al. (2010) fandt, at APOL1, der bærer afrikanske befolkningsspecifikke mutationer, kan lyse T. b. rhodesiense; disse mutationer var også forbundet med øget modtagelighed for fokal segmental glomerulosclerose hos afroamerikanere (se FSGS4, 612551).

Baseret på peptidsekvenser af et nyt højdensitetslipoprotein klonede Duchateau et al. (1997) cDNA’er, der koder for APOL. cDNA’et koder for et polypeptid på 383 aminosyrer, der omfatter et sekretorisk signalpeptid på 12 aminosyrer. Ved Northern Blot-analyse blev der påvist et 1,3 kb APOL-transkript i pancreas, men ikke i andre humane væv. Affinitetsimmunosorption viste, at APOL ikke er frit i plasmaet, men er associeret med lipoproteiner, der indeholder APOA1 (107680). APOL blev fundet i lipoproteinfraktioner med høj tæthed.

Gennem sekventering af en række APOL1-kloner identificerede Duchateau et al. (2001) en mindre splejsningsvariant, der omfatter exon 2. Denne variant forudsiger et protein, der indeholder et signalpeptid med 43-residue. Det mere almindelige transkript, der mangler exon 2, forudsiger et protein med et signalpeptid med 27-residualer. Ved mRNA dot blot-analyse fandt de APOL1 udtrykt i en lang række forskellige væv, med den eneste undtagelse i fosterhjernen. Kvantitativ RT-PCR, der afspejler summen af begge splejsningsvarianter, viste den højeste ekspression i lungen.

Gennem genomisk sekvensanalyse identificerede Page et al. (2001) APOL1 inden for APOL-genklyngen. Det forudsagte protein på 398 aminosyrer har en beregnet molekylmasse på 43,9 kD. De bemærkede, at APOL-proteinerne deler en betydelig identitet inden for de forudsagte amfipatiske alfa-helicer. Semikvantitativ RT-PCR afslørede en allestedsnærværende ekspression af APOL1 med de højeste niveauer i lunge, milt, prostata og placenta og en svag ekspression i fosterhjernen og bugspytkirtlen. In situ-hybridisering af human placenta afslørede ekspression i alle 3 vævslag, herunder basalpladen, cytiotrophoblasten og chorionpladen.

Ved Northern Blot-analyse påviste Monajemi et al. (2002) den højeste ekspression af et 3-kb APOL1-transkript i placenta, lunge og lever, med lav ekspression i hjerte og minimal ekspression i pancreas. In situ hybridisering af humant vaskulært væv viste APOL1-ekspression i endothelceller og muligvis i makrofager.

Duchateau et al. (2001) fastslog, at APOL1-genet indeholder 7 exoner og strækker sig over 14 kb. Promotorregionerne for APOL1-, APOL2-, APOL3- (607253) og APOL4-generne har mindst 1 SP1- (189906) sted, et antal AP1- (165160) og AP4- (600743) steder, mindst 1 GC-boks, flere zinkfinger-bindingssteder og mindst 1 sterolregulerende element-bindingsprotein (se 184756) sted. De indeholder hver mindst 2 konserverede initiatorsekvenser. De mest almindeligt anvendte promotorregioner er TATA-løse med flere transkriptionsinitieringssteder.

Med henvisning til homologi inden for introniske sekvenser konkluderede Monajemi et al. (2002), at APOL1-, APOL2-, APOL3- og APOL4-genklyngen er resultatet af tandemgen-duplikation, mens APOL5 (607255) og APOL6 (607256) er mere fjernt beslægtede.

Gennem genomisk sekvensanalyse har Duchateau et al. (2001) kortlagt APOL1 til kromosom 22q12.1-q13.1. Den er placeret i en klynge sammen med APOL2, APOL3 og APOL4, der strækker sig over 127 kb. APOL1 er modsat orienteret i forhold til de 3 andre. Page et al. (2001) fandt, at APOL-klyngen indeholder 6 gener og strækker sig over 619 kb.

I deres figur 3 har Mimmack et al. (2002) skematiseret den genomiske organisation af APOL-genfamilien på kromosom 22q12.3. COMT-genet (116790) på kromosom 22q11 ligger 15,2 Mb fra APOL6-genet, som er placeret i den telomeriske ende af APOL-genklyngen. APOL1-genet befinder sig i den telomeriske ende af klyngen.

Monajemi et al. (2002) påviste en 10-dobbelt opregulering af APOL1 i humane navlevene-endothelceller efter stimulering med tumornekrosefaktor-alfa (TNFA; 191160).

I en mikroarray-analyse af genekspression i den præfrontale cortex af skizofreni (181500) og kontrolhjerner fandt Mimmack et al. (2002) en signifikant opregulering af APOL1-, APOL2- (607252) og APOL4- (607254) generne.

Den menneskelige sovesyge i Østafrika forårsages af parasitten Trypanosoma brucei rhodesiense. Grundlaget for denne patologi er disse parasiters modstandsdygtighed over for lysis af normalt humant serum. Resistens over for normalt humant serum opnås ved hjælp af et gen, der koder for en afkortet form af den variant af overfladeglykoproteinet, der kaldes serumresistens-associeret protein (SRA). Vanhamme et al. (2003) viste, at SRA er et lysosomalt protein, og at den N-terminale alfa-helix af SRA er ansvarlig for resistens over for normalt humant serum. Dette domæne interagerer stærkt med en carboxy-terminal alfa-helix af APOL1. Udtømning af APOL1 i normalt humant serum ved inkubation med SRA eller antistoffer mod APOL1 førte til fuldstændigt tab af trypanolytisk aktivitet. Tilsætning af native eller rekombinant APOL1 enten til APOL1-udtømt normalt humant serum eller til føtalt kalveserum inducerede lysis af trypanosomer, der er følsomme over for normalt humant serum, men ikke resistente over for normalt humant serum. Konfokal mikroskopi viste, at APOL1 optages gennem den endocytiske vej ind i lysosomet. Vanhamme et al. (2003) foreslog, at APOL1 er den lytiske faktor for trypanosomer i normalt humant serum, og at SRA giver resistens over for lysis ved interaktion med APOL1 i lysosomet.

Perez-Morga et al. (2005) påviste, at apolipoprotein L-1 indeholder et membranporedannende domæne, der funktionelt ligner det af bakterielle coliciner, flankeret af et membranadresserende domæne. I lipiddobbeltlagsmembraner dannede apolipoprotein L-1 anionkanaler. I Trypanosoma brucei var apolipoprotein L-1 målrettet mod lysosomemembranen og udløste depolarisering af denne membran, kontinuerlig tilstrømning af klorid og efterfølgende osmotisk hævelse af lysosomet, indtil trypanosomet blev lyseret.

Genovese et al. (2010) viste, at hos afroamerikanere er fokal segmental glomerulosclerose (FSGS; 603278) og hypertensionstilskrevet endestadiet nyresygdom (ESRD) forbundet med 2 uafhængige sekvensvarianter i APOL1-genet på kromosom 22 (FSGS odds ratio = 10,5, 95 % CI, 6,0-18,4; ESRD odds ratio = 7,3, 95 % CI, 5,6-9,5). De 2 APOL1-varianter er almindelige på afrikanske kromosomer, men mangler på europæiske kromosomer, og begge ligger inden for haplotyper, der indeholder signaturer af positiv udvælgelse. APOL1 er en serumfaktor, der lyserer trypanosomer. In vitro-analyser viste, at kun de nyresygdom-associerede APOL1-varianter lyserede Trypanosoma brucei rhodesiense. Genovese et al. (2010) spekulerede i, at evolutionen af en kritisk overlevelsesfaktor i Afrika kan have bidraget til den høje forekomst af nyresygdom hos afroamerikanere. Det stærkeste signal blev opnået for en 2-locus allel, kaldet G1 (613743.0001), bestående af 2 afledte nonsynonyme kodningsvarianter: rs73885319 (ser342 til gly) og rs60910145 (ile384 til met), begge i den sidste exon af APOL1. Disse 2 alleler er i perfekt linkage disequilibrium. G1-allelen (342G:384M) havde en frekvens på 52 % i 205 FSGS-tilfælde og 18 % i 180 kontroller (p = 1,07 x 10(-23)). Da Genovese et al. (2010) udførte logistisk regression for at kontrollere for G1, identificerede de et andet stærkt signal, en 6-bp-deletion, rs71785313, som de kaldte G2 (613743.0002), tæt på G1, der fjernede aminosyrerne N388 og Y389. På grund af nærheden mellem rs73885319, rs60910145 og rs71785313 er allelerne G1 og G2 gensidigt udelukkende; rekombination mellem dem er meget usandsynlig. Genovese et al. (2010) fandt, at G1 og G2 er i stærk LD med varianter i MYH9 (160775). Især MYH9 E-1 haplotypen, som er den bedste prædiktor for nyresygdom i tidligere undersøgelser (se FSGS4, 612551), er til stede i de fleste haplotyper, der indeholder G1- eller G2-allelen. Mere specifikt er E-1 til stede i 89 % af de haplotyper, der bærer G1, og i 76 % af de haplotyper, der bærer G2, hvilket forklarer sammenhængen mellem MYH9 E-1 og nyresygdom. Foreningen af nyresygdom med MYH9 haplotypen forsvandt efter kontrol for APOL1-risikovarianterne. Sammenligning af deltagere med nul eller 1 risikoallel af APOL1 med deltagere med 2 risikoalleler gav et odds ratio for FSGS på 10,5 (CI, 6,0-18,4). Denne analyse understøttede et fuldstændig recessivt arvemønster.

Tzur et al. (2010) identificerede ligeledes APOL1 SNP’erne rs73885319 og rs60910145 som risikofaktorer for endestadiet af nyresygdom i den afroamerikanske befolkning. Fordi de 2 missense-varianter er i næsten perfekt linkage disquilibrium, konkluderede forfatterne, at de alene på et populationsgenetisk grundlag kan betragtes som en “missense-risikohaplotype”.

Parsa et al. (2013) udførte 2 undersøgelser, der undersøgte virkningerne af varianter i APOL1-genet på progressionen af kronisk nyresygdom. I African American Study of Kidney Disease and Hypertension (AASK) blev 693 sorte patienter med kronisk nyresygdom tilskrevet hypertension undersøgt for et primært udfald af sammensat nyresygdom i slutstadiet eller fordobling af serumkreatininniveauet. I alt 160 (23 %) personer bar 2 kopier af APOL1-risikovarianterne G1 (603743.0001) og/eller G2 (603743.0002). Af disse personer i højrisikogruppen indtraf det primære udfald hos 58 %; i APOL1-lavrisikogruppen (alle andre genotyper) indtraf det primære udfald hos 37 % (hazard ratio i højrisikogruppen, 1,88; p mindre end 0,001). I Chronic Renal Insufficiency Cohort (CRIC) evaluerede Parsa et al. (2013) 2.955 hvide patienter og sorte patienter med kronisk nyresygdom (46 % af dem havde diabetes) for de primære udfald af hældningen af den estimerede glomerulære filtrationshastighed (eGFR) og sammensætningen af endestadiet af nyresygdom eller en reduktion på 50 % i eGFR fra baseline. Sorte patienter blev genotypet for G1- og G2-risikoallelerne. I CRIC-undersøgelsen havde sorte patienter i APOL1-højrisikogruppen (270 ud af i alt 1 411 sorte patienter) et hurtigere fald i eGFR og en højere risiko for det sammensatte nyreudfald end hvide patienter, med eller uden diabetes som komplikation (p mindre end 0,001 for alle sammenligninger).

HPR (140210) er et hæmoglobin (Hb)-bindende protein, der sammen med APOL1 danner et proteinkompleks kaldet trypanosome lytic factor-1 (TLF1), som spiller en vigtig rolle i beskyttelsen mod Trypanosoma brucei. Ved hjælp af fiber-FISH, paralog ratio-testen og array-CGH-data bekræftede Hardwick et al. (2014), at HPR-genet er variabel med hensyn til antallet af kopier, med duplikation af HPR, der forekommer med polymorfe frekvenser i Vest- og Centralafrika, op til en allelfrekvens på 15%. Høje niveauer af HPR-duplikering overlappede den geografiske region, hvor kronisk menneskelig afrikansk trypanosomiasis er endemisk. Selv om HPR-duplikeringen var noget undertransmitteret til børn, der var ramt af trypanosomiasis, fra uberørte forældre i Den Demokratiske Republik Congo, blev undertransmissionen statistisk signifikant, når den blev vurderet sammen med alleler af APOL1 hos disse børn.

Ko et al. (2013) sekventerede en 1,4 kb APOL1-region, der omfatter det sidste exon, som koder for de poredannende, membranadresserende og SRA-interagerende domæner, i 187 individer fra 10 geografisk og etnisk forskellige afrikanske populationer. De identificerede 38 varianter, herunder 15 nonsynonyme SNP’er og en 6-bp indel, der fjerner 2 aminosyrer (dvs. G2-allelen). Tre af disse 16 varianter opstod i det poredannende domæne, 5 opstod i det membranadresserende domæne, og 6, herunder G1- og G2-varianterne, opstod i det SRA-interagerende domæne. Allelfrekvenserne for G2 var ens på tværs af alle befolkningsgrupper (3-8 %), mens G1-allelen kun var almindelig i den vestafrikanske Yoruba-gruppe (39 %). Ko et al. (2013) identificerede også 8 polymorfe steder i stærk linkage disequilibrium, som de kaldte G3 haplotypen, i alle populationer undtagen vestafrikansk Yoruba. G3 haplotypen syntes at være under stærkt selektivt pres i den vestafrikanske Fulani-population, som praktiserer kvægdrift og sandsynligvis tidligere har været udsat for alvorlig infektion med T. b. gambiense. Der blev fundet svagere selektion for G3-haplotypen i de østafrikanske Borana-, Hadza- og Iraqw-populationer, som er udsat for infektion med T. b. rhodesiense.