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

TEKSTI

Apoliproteiini APOL1-geeni koodaa apolipoproteiini L-I:tä (apoL-I), joka on ihmiselle spesifinen seerumin apolipoproteiini, joka sitoutuu suuritiheyksiseen lipoproteiiniin (high-density lipoproteiiniin, HDL:iin) sitoutuneisiin hiukkasiin (tiivistelmä Perez-Morga ym., 2005). Tämä apolipoproteiini tappaa afrikkalaisen Trypanosoma brucei brucei -trypanosomin, lukuun ottamatta ihmisiin sopeutuneita alalajeja (T. b. rhodesiense, T. b. gambiense). Genovese et al. (2010) havaitsivat, että APOL1:n afrikkalaisille populaatiokohtaisia mutaatioita kantava APOL1 voi lyysiä T. b. rhodesiense -bakteeria; nämä mutaatiot liittyivät myös lisääntyneeseen alttiuteen sairastua fokaaliseen segmentaaliseen glomeruloskleroosiin afroamerikkalaisilla (ks. FSGS4, 612551).

Duchateau ym. (1997) kloonasivat APOL:aa koodaavia cDNA:ita uuden korkean tiheyden lipoproteiinin peptidisekvenssien perusteella. CDNA koodaa 383 aminohapon polypeptidiä, joka sisältää 12 aminohapon erittävän signaalipeptidin. Northern blot -analyysissä havaittiin 1,3 kilotavun APOL-transkripti haimassa mutta ei missään muussa ihmisen kudoksessa. Affiniteetti-immunosorptiolla osoitettiin, että APOL ei ole vapaana plasmassa, vaan liittyy APOA1:tä (107680) sisältäviin lipoproteiineihin. APOL:a löytyi suuren tiheyden lipoproteiinifraktioista.

Sekvensoimalla useita APOL1-klooneja Duchateau ym. (2001) tunnistivat pienen splice-variantin, joka sisältää eksonin 2. Tämä variantti ennustaa proteiinia, joka sisältää 43-residuaalisen signaalipeptidin. Yleisempi transkriptio, josta puuttuu eksoni 2, ennustaa proteiinia, jossa on 27-residuainen signaalipeptidi. MRNA-pisteblot-analyysin avulla he havaitsivat APOL1:n ilmentyvän monissa eri kudoksissa, ainoana poikkeuksena sikiön aivot. Kvantitatiivinen RT-PCR, joka heijastaa molempien liitosmuunnosten summaa, osoitti suurimman ilmentymisen keuhkoissa.

Genomisen sekvenssianalyysin avulla Page ym. (2001) tunnistivat APOL1:n APOL-geeniklusterista. Ennustetun 398 aminohappoa sisältävän proteiinin laskennallinen molekyylimassa on 43,9 kD. He totesivat, että APOL-proteiineilla on merkittävä identiteetti ennustetuissa amfipaattisissa alfaheliksissä. Puolikvantitatiivinen RT-PCR paljasti, että APOL1:n ilmentyminen on ubiikkista, ja sen korkeimmat pitoisuudet ovat keuhkoissa, pernassa, eturauhasessa ja istukassa ja heikko ilmentyminen sikiön aivoissa ja haimassa. Ihmisen istukan in situ -hybridisaatio paljasti ilmentymistä kaikissa kolmessa kudoskerroksessa, mukaan lukien tyvilevy, sytiotrofoblasti ja korionilevy.

Monajemi ym. (2002) havaitsivat Northern blot -analyysillä korkeimman 3 kt:n APOL1-transkriptin ilmentymisen istukassa, keuhkoissa ja maksassa, vähäisen ilmentymisen sydämessä ja minimaalisen ilmentymisen haimassa. Ihmisen verisuonikudoksen in situ -hybridisaatio osoitti APOL1-ekspressiota endoteelisoluissa ja mahdollisesti makrofageissa.

Duchateau ym. (2001) määrittivät, että APOL1-geeni sisältää 7 eksonia ja ulottuu 14 kb:n alueelle. APOL1-, APOL2-, APOL3- (607253) ja APOL4-geenien promoottorialueilla on vähintään 1 SP1 (189906) -paikka, useita AP1 (165160) ja AP4 (600743) -paikkoja, vähintään 1 GC-laatikko, useita sinkkisormia sitovia paikkoja ja vähintään 1 sterolia säätelevää elementtiä sitova proteiinipaikka (ks. 184756). Kumpikin sisältää vähintään 2 konservoitunutta initiaattorisekvenssiä. Yleisimmin käytetyt promoottorialueet ovat TATA-vapaita ja niissä on useita transkription aloituskohtia.

Monajemi ym. (2002) päättelivät intronisekvenssien homologisuuden perusteella, että APOL1-, APOL2-, APOL3- ja APOL4-geeniryhmä on tandemgeeniduplikaation tulos, kun taas APOL5 (607255) ja APOL6 (607256) ovat kauempana toisistaan.

Genomisekvenssianalyysin avulla Duchateau ym. (2001) kartoittivat APOL1:n kromosomille 22q12.1-q13.1. Se sijaitsee APOL2:n, APOL3:n ja APOL4:n kanssa 127 kb:n laajuisessa klusterissa. APOL1 on vastakkaisessa orientaatiossa kuin kolme muuta. Page et al. (2001) havaitsivat, että APOL-klusteri sisältää 6 geeniä ja ulottuu 619 kb:n alueelle.

Kuvassaan 3 Mimmack ym. (2002) kaavioivat APOL-geeniperheen genomisen organisaation kromosomissa 22q12.3. COMT-geeni (116790) kromosomissa 22q11 on 15,2 Mb:n päässä APOL6-geenistä, joka sijaitsee APOL-geeniryhmän telomeerisessa päässä. APOL1-geeni on klusterin telomeerisessa päässä.

Monajemi ym. (2002) havaitsivat APOL1:n 10-kertaisen upregulaation ihmisen napanuoran laskimoiden endoteelisoluissa sen jälkeen, kun niitä oli stimuloitu tuumorinekroositekijä-alfa:lla (TNFA; 191160).

Mimmack ym. (2002) havaitsivat skitsofrenian (181500) ja kontrolliaivojen prefrontaalisen aivokuoren geeniekspression mikrosarja-analyysissä merkittävää APOL1-, APOL2- (607252) ja APOL4-geenien (607254) ylössäätelyä.

Ihmisten itäisessä Afrikassa esiintyvän unitaudin aiheuttaa loinen Trypanosoma brucei rhodesiense. Tämän patologian perustana on näiden loisten vastustuskyky ihmisen normaalin seerumin lyysiä vastaan. Vastustuskyvyn normaalille ihmisen seerumille antaa geeni, joka koodaa seerumiresistenssiin liittyväksi proteiiniksi (SRA, serum resistance-associated protein) kutsutun pintaglykoproteiinin muunnoksen typistettyä muotoa. Vanhamme et al. (2003) osoittivat, että SRA on lysosomaalinen proteiini ja että SRA:n N-terminaalinen alfa-kierre on vastuussa resistenssistä normaalia ihmisen seerumia vastaan. Tämä domeeni on vahvassa vuorovaikutuksessa APOL1:n karboksiterminaalisen alfahelixin kanssa. APOL1:n poistaminen normaalista ihmisseerumista inkuboimalla SRA:n tai APOL1:n vasta-aineiden kanssa johti trypanolyyttisen aktiivisuuden täydelliseen häviämiseen. Natiivin tai rekombinanttisen APOL1:n lisääminen joko APOL1:stä köyhdytettyyn normaaliin ihmisseerumiin tai sikiön vasikan seerumiin sai aikaan normaalille ihmisseerumille herkkien mutta ei normaalille ihmisseerumille resistenttien trypanosomien lyysiä. Konfokaalimikroskopia osoitti, että APOL1 kulkeutuu endosyyttisen reitin kautta lysosomiin. Vanhamme ym. (2003) ehdottivat, että APOL1 on normaalin ihmisen seerumin trypanosomia lytisoiva tekijä ja että SRA antaa lyysiresistenssin vuorovaikutuksen kautta APOL1:n kanssa lysosomissa.

Perez-Morga ym. (2005) osoittivat, että apolipoproteiini L-1 sisältää membraaniporeja muodostavan domeenin, joka on toiminnallisesti samanlainen kuin bakteerikoliinien domeeni ja jota reunustaa membraaniin kohdistuva domeeni. Lipidikaksoiskalvoissa apolipoproteiini L-1 muodosti anionikanavia. Trypanosoma brucei -bakteerissa apolipoproteiini L-1 kohdistui lysosomaaliseen kalvoon ja aiheutti tämän kalvon depolarisaation, jatkuvan kloridin sisäänvirtauksen ja sitä seuraavan lysosomin osmoottisen turpoamisen, kunnes trypanosomi lysi.

Genovese et al. (2010) osoittivat, että afroamerikkalaisilla fokaalinen segmentaalinen glomeruloskleroosi (FSGS; 603278) ja verenpainetaudin aiheuttama loppuvaiheen munuaistauti (ESRD) ovat yhteydessä kahteen riippumattomaan sekvenssivarianttiin kromosomissa 22 sijaitsevassa APOL1-geenissä (FSGS:n kertoimen suhde = 10,5, 95 %:n CI, 6,0-18,4; ESRD:n kertoimen suhde = 7,3, 95 %:n CI, 5,6-9,5). Nämä kaksi APOL1-varianttia ovat yleisiä afrikkalaisissa kromosomeissa, mutta niitä ei esiinny eurooppalaisissa kromosomeissa, ja molemmat kuuluvat haplotyyppeihin, joissa on positiivisen valinnan merkkejä. APOL1 on seerumitekijä, joka lysoi trypanosomeja. In vitro -määritykset osoittivat, että vain munuaissairauteen liittyvät APOL1-variantit lysoivat Trypanosoma brucei rhodesiensea. Genovese ja muut (2010) arvelivat, että kriittisen selviytymistekijän evoluutio Afrikassa on saattanut vaikuttaa afroamerikkalaisten korkeaan munuaissairauksien määrään. Voimakkain signaali saatiin kahden fokuksen alleelille, jota kutsuttiin nimellä G1 (613743.0001) ja joka koostui kahdesta johdetusta ei-synonyymisestä koodaavasta variantista: rs73885319 (ser342 to gly) ja rs60910145 (ile384 to met), jotka molemmat sijaitsevat APOL1:n viimeisessä eksonissa. Nämä kaksi alleelia ovat täydellisessä linkitysepätasapainossa. G1-alleelin (342G:384M) frekvenssi oli 52 % 205 FSGS-tapauksessa ja 18 % 180 kontrollitapauksessa (p = 1,07 x 10(-23)). Kun Genovese et al. (2010) suorittivat logistisen regression G1:n kontrolloimiseksi, he havaitsivat toisen voimakkaan signaalin, 6-bp:n deletion, rs71785313, jota he nimesivät G2:ksi (613743.0002), lähellä G1:tä, joka poisti aminohapot N388 ja Y389. Koska rs73885319, rs60910145 ja rs71785313 ovat lähellä toisiaan, alleelit G1 ja G2 ovat toisensa poissulkevia; rekombinaatio niiden välillä on hyvin epätodennäköistä. Genovese et al. (2010) havaitsivat, että G1 ja G2 ovat vahvassa LD:ssä MYH9:n (160775) varianttien kanssa. Erityisesti MYH9 E-1 -haplotyyppi, joka on aiemmissa tutkimuksissa (ks. FSGS4, 612551) paras munuaistaudin ennustaja, esiintyy useimmissa G1- tai G2-alleelin sisältävissä haplotyypeissä. Erityisesti E-1 esiintyy 89 prosentissa G1:tä kantavista haplotyypeistä ja 76 prosentissa G2:ta kantavista haplotyypeistä, mikä selittää MYH9 E-1:n yhteyden munuaistautiin. Munuaistaudin yhteys MYH9-haplotyyppiin hävisi, kun APOL1-riskivariantit oli kontrolloitu. Verrattaessa osallistujia, joilla oli nolla tai yksi APOL1:n riskialleeli, osallistujiin, joilla oli kaksi riskialleelia, saatiin FSGS:n kertoimeksi 10,5 (CI, 6,0-18,4). Tämä analyysi tuki täysin resessiivistä periytymismallia.

Tzur ym. (2010) tunnistivat niin ikään APOL1:n SNP:t rs73885319 ja rs60910145 loppuvaiheen munuaistaudin riskitekijöiksi afroamerikkalaisessa väestössä. Koska nämä kaksi missense-varianttia ovat lähes täydellisessä linkitysepätasapainossa, kirjoittajat päättelivät, että pelkästään populaatiogenetiikan perusteella niitä voidaan pitää ”missense-riskihaplotyyppinä”.

Parsa ym. (2013) tekivät kaksi tutkimusta, joissa tarkasteltiin APOL1-geenin varianttien vaikutuksia kroonisen munuaissairauden etenemiseen. African American Study of Kidney Disease and Hypertension (AASK) -tutkimuksessa tutkittiin 693 mustaa potilasta, joilla oli verenpainetaudin aiheuttama krooninen munuaissairaus, ensisijaisena päätetapahtumana yhdistetty loppuvaiheen munuaistauti tai seerumin kreatiniinipitoisuuden kaksinkertaistuminen. Yhteensä 160 henkilöllä (23 %) oli kaksi kopiota APOL1-riskimuunnosta G1 (603743.0001) ja/tai G2 (603743.0002). Näistä korkean riskin ryhmään kuuluvista henkilöistä ensisijainen lopputulos ilmeni 58 prosentilla; APOL1:n matalan riskin ryhmässä (kaikki muut genotyypit) ensisijainen lopputulos ilmeni 37 prosentilla (riskisuhde korkean riskin ryhmässä 1,88; p alle 0,001). Chronic Renal Insufficiency Cohort (CRIC) -ryhmässä Parsa ja muut (2013) arvioivat 2 955 valkoista potilasta ja mustaa potilasta, joilla oli krooninen munuaissairaus (46 %:lla heistä oli diabetes), ensisijaisina päätetapahtumina arvioitua glomerulussuodatusnopeuden (eGFR) kaltevuutta ja yhdistelmää loppuvaiheen munuaissairaus tai 50 %:n vähennystä eGFR:ssä lähtötilanteesta. Mustat potilaat genotyypitettiin G1- ja G2-riskialleenien osalta. CRIC-tutkimuksessa APOL1-riskiryhmään kuuluvilla mustilla potilailla (270 mustaa potilasta 1 411 potilaan kokonaismäärästä) eGFR laski nopeammin ja yhdistetyn munuaistoiminnan lopputuloksen riski oli suurempi kuin valkoisilla potilailla, riippumatta siitä, oliko komplikaationa diabetes vai ei (p alle 0,001 kaikissa vertailuissa).

HPR (140210) on hemoglobiinia (Hb) sitova proteiini, joka yhdessä APOL1:n kanssa muodostaa trypanosoma lytic factor-1 (TLF1) -nimisen proteiinikompleksin, jolla on tärkeä rooli Trypanosoma brucei -bakteerilta suojautumisessa. Käyttämällä kuitu-FISH:ää, paralogisuhdetestiä ja array-CGH-dataa Hardwick ym. (2014) vahvistivat, että HPR-geeni on kopiolukumäärältään vaihteleva, ja HPR:n duplikaatiota esiintyy Länsi- ja Keski-Afrikassa polymorfisilla frekvensseillä aina 15 prosentin alleelifrekvenssiin asti. HPR-duplikaation korkeat tasot osuivat maantieteelliselle alueelle, jolla ihmisen krooninen afrikkalainen trypanosomiaasi on endeeminen. Vaikka HPR-duplikaatio periytyi jonkin verran heikommin trypanosomiaasiin sairastuneilla lapsilla, joiden vanhemmat eivät olleet sairastuneet Kongon demokraattisessa tasavallassa, heikommasta periytymisestä tuli tilastollisesti merkitsevää, kun sitä arvioitiin yhdessä APOL1:n alleelien kanssa näillä lapsilla.

Ko ym. (2013) sekvensoivat 1,4 kt:n APOL1-alueen, joka käsittää viimeisen eksonin, joka koodaa huokosia muodostavia, kalvoja adressoivia ja SRA:n kanssa vuorovaikutuksessa olevia domeeneja, 187:ltä yksilöltä, jotka olivat peräisin 10:stä maantieteellisesti ja etniseltä alkuperältään vaihtelevasta afrikkalaisesta väestöstä. He tunnistivat 38 varianttia, mukaan lukien 15 ei-synonyymistä SNP:tä ja 6-bp:n indel, joka poistaa 2 aminohappoa (eli G2-alleeli). Näistä 16 variantista kolme esiintyi huokosta muodostavassa domeenissa, 5 esiintyi membraania adressoivassa domeenissa ja 6, mukaan lukien G1- ja G2-variantit, esiintyi SRA:n kanssa vuorovaikutuksessa olevassa domeenissa. G2:n alleelifrekvenssit olivat samanlaisia kaikissa populaatioissa (3-8 %), kun taas G1-alleeli oli yleinen vain länsiafrikkalaisissa joruboissa (39 %). Ko ym. (2013) havaitsivat myös 8 polymorfista kohdetta vahvassa linkitysepätasapainossa, joita he kutsuivat G3-haplotyypiksi, kaikissa populaatioissa paitsi länsiafrikkalaisessa jorubassa. G3-haplotyyppiin näytti kohdistuvan voimakasta valikoivaa painetta länsiafrikkalaisessa Fulani-populaatiossa, joka harjoittaa karjankasvatusta ja on todennäköisesti altistunut vakaville T. b. gambiense -tartunnoille menneisyydessä. Heikompaa G3-haplotyypin valintaa havaittiin itäafrikkalaisissa Borana-, Hadza- ja Iraqw-populaatioissa, jotka ovat alttiita T. b. rhodesiense -tartunnoille.