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

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APOL1遺伝子はアポリポ蛋白L-I（アポルI）をコードし，ヒト特有の血清アポリポ蛋白質は高密度リポ蛋白（HDL）粒子と結合する（Perez-Morga et al, 2005による要約）． このアポリポタンパク質は、ヒトに適応した亜種（T. b. rhodesiense, T. b. gambiense）を除くアフリカトリパノソーマTrypanosoma brucei bruceiを死滅させるものである。 Genoveseら（2010）は、アフリカの集団に特異的な変異を持つAPOL1がT. b. rhodesienseを溶解することを発見した。これらの変異は、アフリカ系アメリカ人の巣状分節性糸球体硬化症に対する感受性の増加とも関連していた（FSGS4、612551参照）。

新規高密度リポ蛋白のペプチド配列に基づいて、Duchateauら（1997）はAPOLをコードするcDNAsをクローニングした。 このcDNAは12アミノ酸の分泌シグナルペプチドを含む383アミノ酸のポリペプチドをコードしている． ノーザンブロット解析により、1.3kbのAPOL転写物が膵臓で検出されたが、他のヒト組織では検出されなかった。 アフィニティー免疫吸着法により、APOLは血漿中に遊離せず、APOA1 (107680)を含むリポ蛋白と結合していることが示された。 APOLは高密度リポ蛋白分画に見出された。

多くのAPOL1クローンの配列決定により、Duchateauら（2001）はエクソン2を含むマイナースプライスバリアントを同定した。 この変異体は43残基のシグナルペプチドを含むタンパク質を予測する。 エキソン2を欠く、より一般的な転写産物は27残基のシグナルペプチドを持つタンパク質を予測する。 mRNAドットブロット解析により、APOL1がさまざまな組織で発現していることがわかったが、唯一の例外は胎児の脳であった。 両スプライスバリアントの合計を反映した定量的RT-PCRでは、肺での発現が最も高いことが明らかになった。

ゲノム配列の解析により、Pageら（2001）はAPOL遺伝子群の中にAPOL1を同定した。 予測された398アミノ酸のタンパク質は、43.9kDの計算分子量を持っている。 彼らは、APOLタンパク質が、予測される両親媒性αヘリックス内で重要な同一性を共有していることに注目した。 半定量的RT-PCRにより、APOL1は肺、脾臓、前立腺、胎盤で最も高く、胎児の脳と膵臓では弱い発現であることが明らかになった。 ヒト胎盤のin situハイブリダイゼーションでは、基底板、細胞栄養細胞、絨毛膜板を含む3つの組織層すべてで発現が確認された。

ノーザンブロット解析により、Monajemiら（2002）は3kbのAPOL1転写物の発現を、胎盤、肺、肝臓で最も高く、心臓では低く、膵臓では最小の発現であることを検出した。 ヒト血管組織のin situハイブリダイゼーションでは、内皮細胞およびおそらくマクロファージにAPOL1が発現していることが示された。

Duchateau ら（2001）は、APOL1遺伝子は7つのエクソンを含み、14 kbに及ぶことを明らかにした。 APOL1、APOL2、APOL3（607253）、APOL4遺伝子のプロモーター領域には、少なくとも1つのSP1（189906）部位、多数のAP1（165160）、AP4（600743）部位、少なくとも1つのGCボックス、複数のジンクフィンガー結合部位、少なくとも1つのステロール調節要素結合タンパク質（184756参照）部位がある。 それぞれ少なくとも2つの保存されたイニシエーター配列が含まれている。 最も一般的に使用されるプロモーター領域は、複数の転写開始部位を持つTATA-lessです。

イントロン配列内の相同性から、Monajemiら（2002）は、APOL1、APOL2、APOL3、APOL4遺伝子群はタンデム遺伝子重複の結果であり、APOL5（607255）とAPOL6（607256）はより遠い関係にあると結論づけている。

ゲノム配列解析により、Duchateauら（2001）はAPOL1を染色体22q12.1-q13.1にマッピングしている。 APOL2、APOL3、APOL4と共に127kbに及ぶクラスターに位置する。 APOL1は他の3つとは逆の向きにある。 Pageら(2001)は、APOLクラスターは6つの遺伝子を含み、619kbに及ぶことを見出した。

Mimmackら(2002)は彼らの図3で、22q12.3染色体上のAPOL遺伝子ファミリーのゲノム構成を図示している。 22q11染色体上のCOMT遺伝子（116790）はAPOL6遺伝子から15.2Mbの距離にあり、APOL遺伝子群のテロメア末端に位置している。 APOL1遺伝子は、クラスターのテロメア末端にある。

Monajemi et al. (2002) found the 10-fold upregulation of APOL1 in human umbilical vein endothelial cells following stimulation with tumor necrosis factor-alpha (TNFA; 191160).

統合失調症（181500）と対照脳の前頭前野における遺伝子発現のマイクロアレイ解析において、Mimmackら（2002）は、APOL1、APOL2（607252）、およびAPOL4（607254）遺伝子の著しい発現上昇を見いだした。

東アフリカのヒト睡眠病は、Trypanosoma brucei rhodesienseという寄生虫によって引き起こされます。 この病理の基礎は、これらの寄生虫が正常なヒト血清による溶解に抵抗することである。 正常なヒト血清に対する抵抗性は、血清抵抗性関連タンパク質（SRA）と呼ばれる変異型表面糖タンパク質の切断型をコードする遺伝子によってもたらされる。 Vanhammeら（2003）は、SRAがリソゾームタンパク質であり、SRAのN-末端のα-ヘリックスが正常ヒト血清に対する抵抗性に関与していることを示した。 このドメインは、APOL1のカルボキシ末端α-helixと強く相互作用している。 SRAまたはAPOL1に対する抗体とインキュベートすることにより、正常ヒト血清からAPOL1を除去すると、トリパン分解活性は完全に消失した。 APOL1を除去したヒト血清またはウシ胎児血清に添加すると、ヒト血清感受性のトリパノソーマは溶解したが、ヒト血清抵抗性のトリパノソーマは溶解しなかった。 共焦点顕微鏡観察により、APOL1がエンドサイトーシス経路を経てリソゾームに取り込まれることが示された。 Vanhammeら（2003）は、APOL1が正常ヒト血清のトリパノソーム溶解因子であり、SRAがリソソームでAPOL1と相互作用することにより溶解に対する抵抗性を付与することを提唱した。

Perez-Morgaら（2005）は、アポリポプロテインL-1には、細菌のコリシンと機能的に類似した膜孔形成ドメインが、膜アドレスドメインに挟まれていることを明らかにした。 脂質二重層膜では、アポリポプロテインL-1はアニオンチャンネルを形成した。 Trypanosoma bruceiでは、アポリポプロテインL-1はリソソーム膜に局在し、この膜の脱分極、塩化物の連続流入、その後のトリパノソームが溶解するまでのリソソームの浸透圧膨張を引き起こすことがわかった。

Genovese et al. (2010)は、アフリカ系アメリカ人において、巣状分節性糸球体硬化症（FSGS；603278）と高血圧に起因する末期腎不全（ESRD）は、第22染色体上のAPOL1遺伝子の2つの独立した配列変異と関連していることを示した（FSGSオッズ比 = 10.5, 95% CI, 6.0-18.4; ESRDオッズ比 = 7.3, 95% CI, 5.6-9.5)． 2つのAPOL1変異体は、アフリカの染色体にはよく見られるが、ヨーロッパの染色体には見られず、どちらも正の選択のサインを持つハプロタイプ内に存在する。 APOL1は、トリパノソーマを溶解する血清因子である。 In vitroのアッセイでは、腎臓病に関連するAPOL1変異体のみがTrypanosoma brucei rhodesienseを溶解することが明らかにされた。 Genoveseら（2010）は、アフリカでの重要な生存因子の進化が、アフリカ系アメリカ人の腎疾患の高い発生率に寄与しているのではないかと推測している。 G1（613743.0001）と呼ばれる2座の対立遺伝子は、APOL1の最後のエキソンにある2つの非同義コード変異（rs73885319（ser342 to gly）およびrs60910145（ile384 to met））からなり、最も強いシグナルが得られていた。 これらの2つの対立遺伝子は完全な連鎖不平衡にある。 G1対立遺伝子（342G:384M）の頻度は、205人のFSGS症例で52％、180人の対照者で18％であった（p = 1.07 x 10（-23））。 Genoveseら（2010）がG1をコントロールするためにロジスティック回帰を行ったところ、G1に近い、アミノ酸N388とY389を除去した6bp欠失、rs71785313をG2（613743.0002）と名づけ、第2の強いシグナルが同定された。 rs73885319、rs60910145、rs71785313は近接しているため、対立遺伝子G1とG2は相互に排他的であり、両者の間で組換えが起こる可能性は極めて低い。 Genoveseら（2010）は、G1とG2がMYH9（160775）の変異体と強いLDにあることを見出した。 特に、これまでの研究で腎疾患の最良の予測因子であったMYH9 E-1ハプロタイプ（FSGS4、612551参照）は、G1またはG2アリルを含むほとんどのハプロタイプで存在する。 特に、E-1はG1を持つハプロタイプの89％、G2を持つハプロタイプの76％に存在し、MYH9 E-1と腎臓病との関連を説明している。 腎疾患とMYH9ハプロタイプとの関連は、APOL1リスクバリアントでコントロールすると消失した。 APOL1のリスクアレルが0または1個の参加者とリスクアレルが2個の参加者を比較すると、FSGSのオッズ比は10.5（CI, 6.0-18.4）であった。 この解析は、完全劣性遺伝のパターンを支持するものであった。

Tzurら（2010）も同様に、APOL1 SNPs rs73885319とrs60910145をアフリカ系アメリカ人集団における末期腎臓病のリスク因子として同定している。 この2つのミスセンス変異はほぼ完全な連鎖不平衡にあるため、著者らは、集団遺伝学的な観点のみから、「ミスセンスリスクハプロタイプ」とみなすことができると結論付けている。

Parsaら（2013）は、APOL1遺伝子のバリアントが慢性腎臓病の進行に及ぼす影響を検討する2つの研究を実施した。 African American Study of Kidney Disease and Hypertension（AASK）では，高血圧に起因する慢性腎臓病を有する黒人患者693名が，複合末期腎不全または血清クレアチニン値の倍増という主要アウトカムについて検討された。 合計160人（23％）がAPOL1リスクバリアントG1（603743.0001）および／またはG2（603743.0002）を2コピー持っていた。 このうち，高リスク群では 58%に主要転帰が発生し，APOL1 低リスク群（他のすべての遺伝子型）では 37%に主要転帰が発生した（高リスク群のハザード比，1.88；p 値 0.001 未満）． Parsa ら（2013）は，Chronic Renal Insufficiency Cohort（CRIC）において，慢性腎臓病の白人患者および黒人患者 2,955 例（うち 46%は糖尿病を有する）を対象に，推定糸球体ろ過量（eGFR）の傾斜と末期腎臓病の複合，または eGFR のベースラインからの 50%の減少という主要アウトカムを評価した． 黒人患者にはG1およびG2リスクアレルの遺伝子型を決定した。 CRIC 研究では，APOL1 高リスク群の黒人患者（全黒人患者 1,411 例中 270 例）は，合併症としての糖尿病の有無にかかわらず，白人患者よりも eGFR の低下が速く，複合腎疾患のリスクが高かった（すべての比較で p が 0.001 未満）．

HPR（140210）はヘモグロビン（Hb）結合タンパク質であり、APOL1とともにトリパノソーマ・ブルセイに対する防御に重要な役割を果たすTLF1（trypanosome lytic factor-1）というタンパク質複合体を形成している。 Hardwickら（2014）は、fiber-FISH、パラログ比検定、アレイCGHデータを用いて、HPR遺伝子がコピー数可変であり、西アフリカと中央アフリカではHPRの重複が多型頻度で起こり、最大でアレル頻度が15%になることを確認しました。 高レベルのHPR重複は、慢性ヒトアフリカトリパノソーマ症が流行している地理的地域と重なりました。 コンゴ民主共和国において、トリパノソーマ症に罹患していない親から罹患した子供へのHPR重複の伝達はやや過小であったが、これらの子供におけるAPOL1の対立遺伝子と一緒に評価すると過小伝達が統計的に有意となった。

Koら（2013）は、地理的・民族的に多様な10のアフリカ集団から187人を対象に、孔形成、膜アドレス、SRA-相互作用ドメインをコードする最後のエキソンを網羅する、APOL1領域1.4kbを配列決定した。 その結果、15個の非同義語のSNPと2個のアミノ酸を除去する6bpのインデル（すなわちG2対立遺伝子）を含む38個の変異が同定された。 これらの16の変異体のうち3つは孔形成ドメインに、5つは膜アドレスドメインに、そしてG1およびG2変異体を含む6つはSRA-interactingドメインに発現していた。 G2の対立遺伝子頻度はすべての集団で同程度（3%〜8%）であったが、G1対立遺伝子は西アフリカのヨルバでのみ一般的であった（39%）。 Koら（2013）はまた、西アフリカのヨルバを除くすべての集団で、G3ハプロタイプと呼ばれる強い連鎖不平衡にある8つの多型部位を同定した。 西アフリカのフラニ族は牧畜を営んでおり、過去にT. b. gambienseの深刻な感染にさらされた可能性が高いため、G3ハプロタイプは強い選択圧を受けているようであった。 一方，東アフリカのボラナ，ハッザ，イラクワの各集団は，T. b. rhodesienseに感染しているため，G3ハプロタイプに対する選択性は弱いことがわかった。