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

TESTO

Il gene APOL1 codifica l’apolipoproteina L-I (apoL-I), un’apolipoproteina del siero specifica per l’uomo legata alle particelle di lipoproteina ad alta densità (HDL) (sintesi di Perez-Morga et al., 2005). Questa apolipoproteina uccide il tripanosoma africano Trypanosoma brucei brucei, tranne le sottospecie adattate all’uomo (T. b. rhodesiense, T. b. gambiense). Genovese et al. (2010) hanno scoperto che APOL1 che porta mutazioni specifiche per la popolazione africana può legare T. b. rhodesiense; queste mutazioni sono state anche associate ad una maggiore suscettibilità alla glomerulosclerosi segmentale focale negli afroamericani (vedi FSGS4, 612551).

Basandosi sulle sequenze peptidiche di una nuova lipoproteina ad alta densità, Duchateau et al. (1997) hanno clonato dei cDNA che codificano APOL. Il cDNA codifica un polipeptide di 383 aminoacidi che include un peptide di segnale secretorio di 12 aminoacidi. L’analisi del Northern blot ha rilevato un trascritto APOL di 1,3 kb nel pancreas ma non in nessun altro tessuto umano. L’immunosorbimento per affinità ha mostrato che APOL non è libero nel plasma, ma è associato alle lipoproteine contenenti APOA1 (107680). APOL è stato trovato in frazioni di lipoproteine ad alta densità.

Con il sequenziamento di un certo numero di cloni di APOL1, Duchateau et al. (2001) hanno identificato una variante minore di splice che include l’esone 2. Questa variante predice una proteina che contiene un peptide di segnale di 43 residui. La trascrizione più comune, senza l’esone 2, predice una proteina con un peptide di segnale di 27 residui. Con l’analisi del mRNA dot blot, hanno trovato APOL1 espresso in un’ampia varietà di tessuti, con la sola eccezione del cervello fetale. La RT-PCR quantitativa, che riflette la somma di entrambe le varianti di splicing, ha rivelato la massima espressione nei polmoni.

Con l’analisi della sequenza genomica, Page et al. (2001) hanno identificato APOL1 nel cluster del gene APOL. La proteina predetta di 398 aminoacidi ha una massa molecolare calcolata di 43,9 kD. Hanno notato che le proteine APOL condividono un’identità significativa all’interno delle alfa-eliche anfipatiche previste. La RT-PCR semiquantitativa ha rivelato l’espressione ubiquitaria di APOL1, con i livelli più alti nel polmone, nella milza, nella prostata e nella placenta, e una debole espressione nel cervello fetale e nel pancreas. L’ibridazione in situ della placenta umana ha rivelato l’espressione in tutti e 3 gli strati di tessuto, tra cui la piastra basale, il citotrofoblasto e la piastra corionica.

Con l’analisi del Northern blot, Monajemi et al. (2002) hanno rilevato la massima espressione di un trascritto APOL1 di 3 kb nella placenta, nel polmone e nel fegato, con bassa espressione nel cuore e minima espressione nel pancreas. L’ibridazione in situ del tessuto vascolare umano ha mostrato l’espressione di APOL1 nelle cellule endoteliali e forse nei macrofagi.

Duchateau et al. (2001) hanno determinato che il gene APOL1 contiene 7 esoni e si estende per 14 kb. Le regioni promotrici dei geni APOL1, APOL2, APOL3 (607253), e APOL4 hanno almeno 1 sito SP1 (189906), un certo numero di siti AP1 (165160) e AP4 (600743), almeno 1 GC box, molteplici siti di legame a zinc finger, e almeno 1 sito sterol regulatory element-binding protein (vedi 184756). Ciascuna contiene almeno 2 sequenze iniziatrici conservate. Le regioni promotrici più comunemente usate sono TATA-less con più siti di iniziazione della trascrizione.

Rilevando l’omologia all’interno delle sequenze introniche, Monajemi et al. (2002) hanno concluso che il cluster di geni APOL1, APOL2, APOL3 e APOL4 è il risultato di una duplicazione genica in tandem, mentre APOL5 (607255) e APOL6 (607256) sono più lontanamente correlati.

Con l’analisi della sequenza genomica, Duchateau et al. (2001) hanno mappato APOL1 sul cromosoma 22q12.1-q13.1. Si trova in un cluster con APOL2, APOL3 e APOL4 che si estende per 127 kb. APOL1 ha l’orientamento opposto agli altri 3. Page et al. (2001) hanno scoperto che il cluster APOL contiene 6 geni e si estende per 619 kb.

Nella loro figura 3, Mimmack et al. (2002) hanno schematizzato l’organizzazione genomica della famiglia di geni APOL sul cromosoma 22q12.3. Il gene COMT (116790) sul cromosoma 22q11 si trova a 15,2 Mb dal gene APOL6, che si trova all’estremità telomerica del gruppo di geni APOL. Il gene APOL1 si trova all’estremità telomerica del cluster.

Monajemi et al. (2002) hanno rilevato un upregulation di 10 volte di APOL1 nelle cellule endoteliali della vena ombelicale umana dopo la stimolazione con fattore di necrosi tumorale-alfa (TNFA; 191160).

In un’analisi microarray dell’espressione genica nella corteccia prefrontale di cervelli di schizofrenia (181500) e di controllo, Mimmack et al. (2002) hanno trovato una significativa upregolazione dei geni APOL1, APOL2 (607252) e APOL4 (607254).

La malattia del sonno umana in Africa orientale è causata dal parassita Trypanosoma brucei rhodesiense. La base di questa patologia è la resistenza di questi parassiti alla lisi del normale siero umano. La resistenza al normale siero umano è conferita da un gene che codifica una forma troncata della glicoproteina di superficie della variante denominata proteina associata alla resistenza al siero (SRA). Vanhamme et al. (2003) hanno dimostrato che SRA è una proteina lisosomiale e che l’alfa-elica N-terminale di SRA è responsabile della resistenza al normale siero umano. Questo dominio interagisce fortemente con un’alfa-elica carbossi-terminale di APOL1. L’esaurimento del siero umano normale di APOL1 mediante incubazione con SRA o anticorpi contro APOL1 ha portato alla completa perdita dell’attività tripanolitica. L’aggiunta di APOL1 nativo o ricombinante al siero umano normale impoverito di APOL1 o al siero fetale di vitello ha indotto la lisi dei tripanosomi sensibili al siero umano normale, ma non al siero umano normale resistente. La microscopia confocale ha dimostrato che APOL1 viene assunto attraverso la via endocitica nel lisosoma. Vanhamme et al. (2003) hanno proposto che APOL1 è il fattore litico dei tripanosomi del normale siero umano, e che l’SRA conferisce resistenza alla lisi tramite interazione con APOL1 nel lisosoma.

Perez-Morga et al. (2005) hanno dimostrato che l’apolipoproteina L-1 contiene un dominio che forma pori di membrana funzionalmente simile a quello delle colicine batteriche, affiancato da un dominio che si rivolge alla membrana. Nelle membrane dei bilayer lipidici, l’apolipoproteina L-1 ha formato canali anionici. Nel Trypanosoma brucei, l’apolipoproteina L-1 è stata indirizzata alla membrana lisosomiale e ha innescato la depolarizzazione di questa membrana, l’afflusso continuo di cloruro e il successivo rigonfiamento osmotico del lisosoma fino alla lisi del tripanosoma.

Genovese et al. (2010) hanno dimostrato che negli afroamericani, la glomerulosclerosi segmentale focale (FSGS; 603278) e la malattia renale terminale (ESRD) attribuita all’ipertensione sono associate a 2 varianti di sequenza indipendenti nel gene APOL1 sul cromosoma 22 (FSGS odds ratio = 10.5, 95% CI, 6.0-18.4; ESRD odds ratio = 7.3, 95% CI, 5.6-9.5). Le 2 varianti APOL1 sono comuni nei cromosomi africani ma assenti nei cromosomi europei, ed entrambi risiedono all’interno di aplotipi che ospitano firme di selezione positiva. APOL1 è un fattore di siero che liscia i tripanosomi. Saggi in vitro hanno rivelato che solo le varianti APOL1 associate alla malattia renale lisciavano il Trypanosoma brucei rhodesiense. Genovese et al. (2010) hanno ipotizzato che l’evoluzione di un fattore critico di sopravvivenza in Africa può aver contribuito agli alti tassi di malattia renale negli afroamericani. Il segnale più forte è stato ottenuto per un allele a 2 loci, denominato G1 (613743.0001), costituito da 2 varianti codificanti nonsinonime derivate: rs73885319 (ser342 a gly) e rs60910145 (ile384 a met), entrambi nell’ultimo esone di APOL1. Questi 2 alleli sono in perfetto linkage disequilibrium. L’allele G1 (342G:384M) aveva una frequenza del 52% in 205 casi FSGS e del 18% in 180 controlli (p = 1.07 x 10(-23)). Quando Genovese et al. (2010) hanno eseguito la regressione logistica per controllare G1, hanno identificato un secondo forte segnale, una delezione di 6 bp, rs71785313, che hanno chiamato G2 (613743.0002), vicino a G1, che ha rimosso gli aminoacidi N388 e Y389. A causa della vicinanza di rs73885319, rs60910145 e rs71785313, gli alleli G1 e G2 sono reciprocamente esclusivi; la ricombinazione tra loro è molto improbabile. Genovese et al. (2010) hanno trovato che G1 e G2 sono in forte LD con varianti in MYH9 (160775). In particolare, l’aplotipo MYH9 E-1, il miglior predittore di malattia renale in studi precedenti (vedi FSGS4, 612551), è presente nella maggior parte degli aplotipi contenenti l’allele G1 o G2. In particolare, E-1 è presente nell’89% degli aplotipi che portano G1 e nel 76% degli aplotipi che portano G2, spiegando l’associazione di MYH9 E-1 con la malattia renale. L’associazione della malattia renale con l’aplotipo MYH9 è scomparsa dopo il controllo delle varianti di rischio APOL1. Confrontando i partecipanti con zero o 1 allele di rischio di APOL1 con i partecipanti con 2 alleli di rischio si è ottenuto un odds ratio per la FSGS di 10,5 (CI, 6,0-18,4). Questa analisi ha sostenuto un modello di eredità completamente recessivo.

Tzur et al. (2010) hanno anche identificato gli SNP APOL1 rs73885319 e rs60910145 come fattori di rischio per la malattia renale allo stadio terminale nella popolazione afroamericana. Poiché le 2 varianti missense sono in quasi perfetto linkage disequilibrium, gli autori hanno concluso che su una base genetica della popolazione da sola, possono essere considerati un “aplotipo di rischio missense”.

Parsa et al. (2013) hanno eseguito 2 studi che esaminano gli effetti delle varianti nel gene APOL1 sulla progressione della malattia renale cronica. Nell’African American Study of Kidney Disease and Hypertension (AASK), 693 pazienti neri con malattia renale cronica attribuita all’ipertensione sono stati esaminati per un risultato primario di malattia renale composita allo stadio finale o raddoppio del livello di creatinina nel siero. Un totale di 160 (23%) individui portavano 2 copie delle varianti di rischio APOL1 G1 (603743.0001) e/o G2 (603743.0002). Di questi individui nel gruppo ad alto rischio, l’esito primario si è verificato nel 58%; nel gruppo a basso rischio APOL1 (tutti gli altri genotipi), l’esito primario si è verificato nel 37% (hazard ratio nel gruppo ad alto rischio, 1,88; p inferiore a 0,001). Nella Chronic Renal Insufficiency Cohort (CRIC), Parsa et al. (2013) hanno valutato 2.955 pazienti bianchi e neri con malattia renale cronica (46% dei quali aveva il diabete) per gli esiti primari della pendenza della velocità di filtrazione glomerulare stimata (eGFR) e il composito della malattia renale allo stadio terminale, o una riduzione del 50% dell’eGFR dal basale. I pazienti neri sono stati genotipizzati per gli alleli di rischio G1 e G2. Nello studio CRIC, i pazienti neri nel gruppo ad alto rischio APOL1 (270 su 1.411 pazienti neri totali) hanno avuto un declino più rapido dell’eGFR e un rischio più elevato di esito renale composito rispetto ai pazienti bianchi, con o senza diabete come complicazione (p inferiore a 0,001 per tutti i confronti).

HPR (140210) è una proteina legante l’emoglobina (Hb) che, insieme ad APOL1, forma un complesso proteico chiamato trypanosome lytic factor-1 (TLF1), che svolge un ruolo importante nella protezione contro il Trypanosoma brucei. Utilizzando fiber-FISH, il test del rapporto paralogico e i dati array-CGH, Hardwick et al. (2014) hanno confermato che il gene HPR è variabile nel numero di copie, con la duplicazione di HPR che si verifica a frequenze polimorfiche in Africa occidentale e centrale, fino a una frequenza allelica del 15%. Alti livelli di duplicazione HPR si sono sovrapposti alla regione geografica in cui la tripanosomiasi africana umana cronica è endemica. Anche se la duplicazione HPR è stata in qualche modo sottotrasmessa ai bambini affetti da tripanosomiasi da genitori non affetti nella Repubblica Democratica del Congo, la sottotrasmissione è diventata statisticamente significativa quando valutata insieme agli alleli di APOL1 in questi bambini.

Ko et al. (2013) hanno sequenziato una regione APOL1 di 1,4 kb che comprende l’ultimo esone, che codifica i domini che formano i pori, membrana-addressing e SRA-interacting, in 187 individui da 10 popolazioni africane geograficamente ed etnicamente diverse. Hanno identificato 38 varianti, tra cui 15 SNPs non sinonimi e un indel 6-bp che rimuove 2 aminoacidi (cioè, l’allele G2). Tre di queste 16 varianti si sono verificate nel dominio che forma i pori, 5 si sono verificate nel dominio che indirizza la membrana, e 6, comprese le varianti G1 e G2, si sono verificate nel dominio che interagisce con l’SRA. Le frequenze alleliche di G2 erano simili in tutte le popolazioni (dal 3% all’8%), mentre l’allele G1 era comune solo negli Yoruba dell’Africa occidentale (39%). Ko et al. (2013) hanno anche identificato 8 siti polimorfici in forte disequilibrio di linkage, che hanno chiamato l’aplotipo G3, in tutte le popolazioni tranne gli Yoruba dell’Africa occidentale. L’aplotipo G3 sembra essere sotto forte pressione selettiva nella popolazione Fulani dell’Africa occidentale, che pratica l’allevamento del bestiame ed è probabile che sia stato soggetto a gravi infezioni da T. b. gambiense in passato. Una selezione più debole per l’aplotipo G3 è stata trovata nelle popolazioni Borana, Hadza e Iraqw dell’Africa orientale, che sono soggette all’infezione da T. b. rhodesiense.