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

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Das APOL1-Gen kodiert Apolipoprotein L-I (apoL-I), ein human-spezifisches Serum-Apolipoprotein, das an High-Density-Lipoprotein (HDL)-Partikel gebunden ist (Zusammenfassung von Perez-Morga et al., 2005). Dieses Apolipoprotein tötet das afrikanische Trypanosom Trypanosoma brucei brucei, mit Ausnahme der an den Menschen angepassten Unterarten (T. b. rhodesiense, T. b. gambiense). Genovese et al. (2010) fanden heraus, dass APOL1, das afrikanische bevölkerungsspezifische Mutationen trägt, T. b. rhodesiense lysieren kann; diese Mutationen waren auch mit einer erhöhten Anfälligkeit für fokale segmentale Glomerulosklerose bei Afroamerikanern verbunden (siehe FSGS4, 612551).

Auf der Grundlage von Peptidsequenzen eines neuen Lipoproteins hoher Dichte klonierten Duchateau et al. (1997) cDNAs, die für APOL kodieren. Die cDNA kodiert für ein Polypeptid mit 383 Aminosäuren, das ein sekretorisches Signalpeptid mit 12 Aminosäuren enthält. Eine Northern-Blot-Analyse wies ein 1,3-kb-APOL-Transkript in der Bauchspeicheldrüse, aber nicht in anderen menschlichen Geweben nach. Die Affinitätsimmunosorption zeigte, dass APOL nicht frei im Plasma vorliegt, sondern mit Lipoproteinen assoziiert ist, die APOA1 (107680) enthalten. APOL wurde in Lipoproteinfraktionen hoher Dichte gefunden.

Duchateau et al. (2001) identifizierten durch Sequenzierung einer Reihe von APOL1-Klonen eine kleinere Spleißvariante, die Exon 2 einschließt. Diese Variante sagt ein Protein voraus, das ein Signalpeptid mit 43 Residuen enthält. Das häufigere Transkript ohne Exon 2 sagt ein Protein mit einem Signalpeptid von 27 Residuen voraus. Mittels mRNA-Dot-Blot-Analyse wurde festgestellt, dass APOL1 in einer Vielzahl von Geweben exprimiert wird, mit der einzigen Ausnahme des fötalen Gehirns. Quantitative RT-PCR, die die Summe der beiden Spleißvarianten widerspiegelt, ergab die höchste Expression in der Lunge.

Durch Genomsequenzanalyse identifizierten Page et al. (2001) APOL1 innerhalb des APOL-Genclusters. Das vorhergesagte Protein mit 398 Aminosäuren hat eine berechnete Molekularmasse von 43,9 kD. Sie stellten fest, dass die APOL-Proteine innerhalb der vorhergesagten amphipathischen Alpha-Helices eine signifikante Identität aufweisen. Semiquantitative RT-PCR ergab eine ubiquitäre Expression von APOL1, mit höchsten Werten in Lunge, Milz, Prostata und Plazenta und einer schwachen Expression im fötalen Gehirn und der Bauchspeicheldrüse. Die In-situ-Hybridisierung der menschlichen Plazenta ergab eine Expression in allen drei Gewebeschichten, einschließlich der Basalplatte, des Zytiotrophoblasten und der Chorionplatte.

Monajemi et al. (2002) wiesen mittels Northern-Blot-Analyse die höchste Expression eines 3-kb-APOL1-Transkripts in Plazenta, Lunge und Leber nach, mit geringer Expression im Herzen und minimaler Expression im Pankreas. In-situ-Hybridisierung von menschlichem Gefäßgewebe zeigte APOL1-Expression in Endothelzellen und möglicherweise in Makrophagen.

Duchateau et al. (2001) stellten fest, dass das APOL1-Gen 7 Exons enthält und sich über 14 kb erstreckt. Die Promotorregionen der Gene APOL1, APOL2, APOL3 (607253) und APOL4 haben mindestens eine SP1 (189906)-Stelle, mehrere AP1 (165160)- und AP4 (600743)-Stellen, mindestens eine GC-Box, mehrere Zinkfinger-Bindungsstellen und mindestens eine Sterol regulatory element-binding protein (siehe 184756) -Stelle. Jeder enthält mindestens 2 konservierte Initiatorsequenzen. Die am häufigsten verwendeten Promotorregionen sind TATA-los mit mehreren Transkriptionsinitiationsstellen.

Ausgehend von der Homologie innerhalb der intronischen Sequenzen kamen Monajemi et al. (2002) zu dem Schluss, dass der APOL1-, APOL2-, APOL3- und APOL4-Gencluster das Ergebnis einer Tandem-Genduplikation ist, während APOL5 (607255) und APOL6 (607256) entfernter verwandt sind.

Duch eine genomische Sequenzanalyse haben Duchateau et al. (2001) APOL1 dem Chromosom 22q12.1-q13.1 zugeordnet. Es befindet sich in einem Cluster mit APOL2, APOL3 und APOL4, der sich über 127 kb erstreckt. APOL1 befindet sich in entgegengesetzter Ausrichtung zu den anderen 3. Page et al. (2001) fanden heraus, dass der APOL-Cluster 6 Gene enthält und sich über 619 kb erstreckt.

In ihrer Abbildung 3 haben Mimmack et al. (2002) die genomische Organisation der APOL-Genfamilie auf Chromosom 22q12.3 dargestellt. Das COMT-Gen (116790) auf Chromosom 22q11 ist 15,2 Mb vom APOL6-Gen entfernt, das sich am telomeren Ende des APOL-Genclusters befindet. Das APOL1-Gen befindet sich am telomeren Ende des Clusters.

Monajemi et al. (2002) wiesen eine 10-fache Hochregulierung von APOL1 in menschlichen Nabelvenen-Endothelzellen nach Stimulation mit Tumornekrosefaktor-alpha (TNFA; 191160) nach.

In einer Microarray-Analyse der Genexpression im präfrontalen Cortex von Schizophrenie- (181500) und Kontrollgehirnen fanden Mimmack et al. (2002) eine signifikante Hochregulierung der Gene APOL1, APOL2 (607252) und APOL4 (607254).

Die Schlafkrankheit des Menschen in Ostafrika wird durch den Parasiten Trypanosoma brucei rhodesiense verursacht. Die Grundlage dieser Pathologie ist die Resistenz dieser Parasiten gegen die Lyse durch normales Humanserum. Die Resistenz gegen normales Humanserum wird durch ein Gen vermittelt, das für eine verkürzte Form des Oberflächenglykoproteins, das so genannte Serumresistenz-assoziierte Protein (SRA), kodiert. Vanhamme et al. (2003) zeigten, dass SRA ein lysosomales Protein ist und dass die N-terminale Alpha-Helix von SRA für die Resistenz gegen normales Humanserum verantwortlich ist. Diese Domäne interagiert stark mit einer carboxyterminalen Alpha-Helix von APOL1. Die Abreicherung von APOL1 aus normalem Humanserum durch Inkubation mit SRA oder Antikörpern gegen APOL1 führte zum vollständigen Verlust der trypanolytischen Aktivität. Die Zugabe von nativem oder rekombinantem APOL1 entweder zu APOL1-armem normalem Humanserum oder zu fötalem Kälberserum induzierte die Lyse von normalem Humanserum-empfindlichen, aber nicht von normalem Humanserum-resistenten Trypanosomen. Die konfokale Mikroskopie zeigte, dass APOL1 über den endozytischen Weg in das Lysosom aufgenommen wird. Vanhamme et al. (2003) schlugen vor, dass APOL1 der lytische Trypanosomenfaktor des normalen Humanserums ist und dass SRA durch Interaktion mit APOL1 im Lysosom eine Resistenz gegen die Lyse verleiht.

Perez-Morga et al. (2005) wiesen nach, dass Apolipoprotein L-1 eine membranporenbildende Domäne enthält, die funktionell der von bakteriellen Colicinen ähnelt und von einer membranadressierenden Domäne flankiert wird. In Lipid-Doppelschichtmembranen bildete Apolipoprotein L-1 Anionenkanäle. In Trypanosoma brucei wurde Apolipoprotein L-1 auf die lysosomale Membran ausgerichtet und löste eine Depolarisierung dieser Membran, einen kontinuierlichen Chlorideinstrom und eine anschließende osmotische Schwellung des Lysosoms aus, bis das Trypanosom lysiert wurde.

Genovese et al. (2010) zeigten, dass bei Afroamerikanern die fokale segmentale Glomerulosklerose (FSGS; 603278) und die durch Bluthochdruck verursachte Nierenerkrankung im Endstadium (ESRD) mit zwei unabhängigen Sequenzvarianten im APOL1-Gen auf Chromosom 22 assoziiert sind (FSGS odds ratio = 10,5, 95% CI, 6,0-18,4; ESRD odds ratio = 7,3, 95% CI, 5,6-9,5). Die beiden APOL1-Varianten sind auf afrikanischen Chromosomen häufig, auf europäischen Chromosomen jedoch nicht, und beide befinden sich innerhalb von Haplotypen, die Signaturen einer positiven Selektion aufweisen. APOL1 ist ein Serumfaktor, der Trypanosomen lysiert. In-vitro-Tests ergaben, dass nur die mit Nierenerkrankungen assoziierten APOL1-Varianten Trypanosoma brucei rhodesiense lysieren. Genovese et al. (2010) spekulierten, dass die Evolution eines kritischen Überlebensfaktors in Afrika zu den hohen Raten von Nierenkrankheiten bei Afroamerikanern beigetragen haben könnte. Das stärkste Signal wurde für ein 2-Lokus-Allel mit der Bezeichnung G1 (613743.0001) erhalten, das aus zwei abgeleiteten, nicht-synonymen kodierenden Varianten besteht: rs73885319 (ser342 zu gly) und rs60910145 (ile384 zu met), beide im letzten Exon von APOL1. Zwischen diesen beiden Allelen besteht ein perfektes Kopplungsungleichgewicht. Das G1-Allel (342G:384M) hatte eine Häufigkeit von 52 % bei 205 FSGS-Fällen und 18 % bei 180 Kontrollen (p = 1,07 x 10(-23)). Als Genovese et al. (2010) eine logistische Regression durchführten, um für G1 zu kontrollieren, identifizierten sie ein zweites starkes Signal, eine 6-Bp-Deletion, rs71785313, die sie als G2 (613743.0002) bezeichneten und die nahe an G1 liegt und die Aminosäuren N388 und Y389 entfernt. Aufgrund der Nähe von rs73885319, rs60910145 und rs71785313 schließen sich die Allele G1 und G2 gegenseitig aus; eine Rekombination zwischen ihnen ist sehr unwahrscheinlich. Genovese et al. (2010) fanden heraus, dass G1 und G2 in starker LD mit Varianten in MYH9 (160775) stehen. Insbesondere der MYH9-Haplotyp E-1, der in früheren Studien der beste Prädiktor für Nierenerkrankungen war (siehe FSGS4, 612551), ist in den meisten Haplotypen vorhanden, die das G1- oder G2-Allel enthalten. Insbesondere ist E-1 in 89 % der Haplotypen mit G1 und in 76 % der Haplotypen mit G2 vorhanden, was die Assoziation von MYH9 E-1 mit Nierenerkrankungen erklärt. Die Assoziation der Nierenerkrankung mit dem MYH9-Haplotyp verschwand nach der Kontrolle für die APOL1-Risikovarianten. Der Vergleich von Teilnehmern mit null oder einem APOL1-Risikoallel mit Teilnehmern mit zwei Risikoallelen ergab ein Odds Ratio für FSGS von 10,5 (CI, 6,0-18,4). Diese Analyse bestätigte ein vollständig rezessives Vererbungsmuster.

Tzur et al. (2010) identifizierten ebenfalls die APOL1 SNPs rs73885319 und rs60910145 als Risikofaktoren für Nierenerkrankungen im Endstadium in der afroamerikanischen Bevölkerung. Da sich die beiden Missense-Varianten in einem nahezu perfekten Kopplungsungleichgewicht befinden, kamen die Autoren zu dem Schluss, dass sie allein auf populationsgenetischer Basis als „Missense-Risiko-Haplotyp“ betrachtet werden können.

Parsa et al. (2013) untersuchten in zwei Studien die Auswirkungen von Varianten im APOL1-Gen auf das Fortschreiten einer chronischen Nierenerkrankung. In der African American Study of Kidney Disease and Hypertension (AASK) wurden 693 schwarze Patienten mit chronischer Nierenerkrankung, die auf Bluthochdruck zurückzuführen war, auf das primäre Ergebnis einer zusammengesetzten Nierenerkrankung im Endstadium oder einer Verdopplung des Serumkreatininspiegels untersucht. Insgesamt 160 Personen (23 %) trugen 2 Kopien der APOL1-Risikovarianten G1 (603743.0001) und/oder G2 (603743.0002). Von diesen Personen in der Hochrisikogruppe trat das primäre Ergebnis bei 58 % auf; in der APOL1-Niedrigrisikogruppe (alle anderen Genotypen) trat das primäre Ergebnis bei 37 % auf (Hazard Ratio in der Hochrisikogruppe, 1,88; p kleiner als 0,001). In der Chronic Renal Insufficiency Cohort (CRIC) untersuchten Parsa et al. (2013) 2 955 weiße und schwarze Patienten mit chronischer Nierenerkrankung (46 % von ihnen hatten Diabetes) im Hinblick auf die primären Endpunkte der Steigung der geschätzten glomerulären Filtrationsrate (eGFR) und des Komposits der Nierenerkrankung im Endstadium oder einer Verringerung der eGFR um 50 % gegenüber dem Ausgangswert. Schwarze Patienten wurden auf die Risikoallele G1 und G2 genotypisiert. In der CRIC-Studie hatten schwarze Patienten in der APOL1-Hochrisikogruppe (270 von insgesamt 1.411 schwarzen Patienten) einen schnelleren Rückgang der eGFR und ein höheres Risiko für das zusammengesetzte Nierenergebnis als weiße Patienten, mit oder ohne Diabetes als Komplikation (p weniger als 0,001 für alle Vergleiche).

HPR (140210) ist ein Hämoglobin (Hb)-bindendes Protein, das zusammen mit APOL1 einen Proteinkomplex namens Trypanosome lytic factor-1 (TLF1) bildet, der eine wichtige Rolle beim Schutz vor Trypanosoma brucei spielt. Mithilfe von Fiber-FISH, dem Paralog-Ratio-Test und Array-CGH-Daten bestätigten Hardwick et al. (2014), dass das HPR-Gen in der Kopienzahl variabel ist, wobei die HPR-Duplikation in West- und Zentralafrika mit polymorphen Frequenzen von bis zu 15 % Allelhäufigkeit vorkommt. Das hohe Niveau der HPR-Duplikation überschnitt sich mit der geografischen Region, in der die chronische afrikanische Trypanosomiasis beim Menschen endemisch ist. Obwohl die HPR-Duplikation bei Kindern, die von Trypanosomiasis betroffen sind und deren Eltern nicht betroffen sind, in der Demokratischen Republik Kongo nur in geringem Maße übertragen wird, wird die Unterübertragung statistisch signifikant, wenn sie zusammen mit den APOL1-Allelen bei diesen Kindern bewertet wird.

Ko et al. (2013) sequenzierten eine 1,4-kb-APOL1-Region, die das letzte Exon umfasst, das für die porenbildenden, membranadressierenden und SRA-interagierenden Domänen kodiert, bei 187 Personen aus 10 geografisch und ethnisch unterschiedlichen afrikanischen Populationen. Sie identifizierten 38 Varianten, darunter 15 nicht-synonyme SNPs und ein 6-Bp-Indel, bei dem 2 Aminosäuren entfernt werden (d. h. das G2-Allel). Drei dieser 16 Varianten traten in der porenbildenden Domäne auf, 5 traten in der membranadressierenden Domäne auf und 6, einschließlich der G1- und G2-Varianten, traten in der SRA-interagierenden Domäne auf. Die Allelhäufigkeiten von G2 waren in allen Populationen ähnlich (3 % bis 8 %), während das G1-Allel nur in den westafrikanischen Yoruba (39 %) häufig vorkam. Ko et al. (2013) identifizierten außerdem in allen Populationen außer den westafrikanischen Yoruba acht polymorphe Stellen in starkem Kopplungsungleichgewicht, die sie als G3-Haplotyp bezeichneten. Der G3-Haplotyp schien in der westafrikanischen Fulani-Population unter starkem Selektionsdruck zu stehen, da diese Rinder hütet und in der Vergangenheit wahrscheinlich einer schweren Infektion durch T. b. gambiense ausgesetzt war. Eine schwächere Selektion für den G3-Haplotyp wurde bei den ostafrikanischen Borana-, Hadza- und Iraqw-Populationen festgestellt, die einer Infektion durch T. b. rhodesiense ausgesetzt sind.