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

TEXT

Het APOL1-gen codeert voor apolipoproteïne L-I (apoL-I), een humaan-specifiek serumapolipoproteïne gebonden aan high-density lipoproteïne (HDL)-deeltjes (samenvatting door Perez-Morga et al., 2005). Dit apolipoproteïne doodt de Afrikaanse trypanosoom Trypanosoma brucei brucei, behalve ondersoorten die aan de mens zijn aangepast (T. b. rhodesiense, T. b. gambiense). Genovese et al. (2010) vonden dat APOL1 met Afrikaanse populatie-specifieke mutaties T. b. rhodesiense kan lyseren; deze mutaties werden ook geassocieerd met verhoogde vatbaarheid voor focale segmentale glomerulosclerose bij Afrikaanse Amerikanen (zie FSGS4, 612551).

Gebaseerd op peptidesequenties van een nieuw hogedichtheid-lipoproteïne, kloneerden Duchateau et al. (1997) cDNA’s die codeerden voor APOL. Het cDNA codeert voor een 383-aminozuur polypeptide dat een 12-aminozuur secretorisch signaalpeptide bevat. Noordelijke blotanalyse detecteerde een 1,3-kb APOL-transcript in de pancreas, maar niet in andere menselijke weefsels. Affiniteitsimmunosorptie toonde aan dat APOL niet vrij in het plasma aanwezig is, maar geassocieerd is met lipoproteïnen die APOA1 (107680) bevatten. APOL werd aangetroffen in lipoproteïnefracties met hoge dichtheid.

Door sequencing van een aantal APOL1-klonen hebben Duchateau et al. (2001) een kleine splice-variant geïdentificeerd die exon 2 omvat. Deze variant voorspelt een eiwit dat een 43-residue signaalpeptide bevat. Het meer voorkomende transcript, zonder exon 2, voorspelt een eiwit met een 27-residu signaalpeptide. Door mRNA-dot-blotanalyse vonden zij APOL1 tot expressie gebracht in een grote verscheidenheid van weefsels, met als enige uitzondering de foetale hersenen. Kwantitatieve RT-PCR, die de som van beide splice varianten weergeeft, toonde de hoogste expressie in de longen.

Met behulp van genoomsequentie-analyse identificeerden Page et al. (2001) APOL1 binnen de APOL-gen cluster. Het voorspelde 398-aminozuur eiwit heeft een berekende molecuulmassa van 43,9 kD. Zij merkten op dat de APOL-eiwitten een significante identiteit delen binnen de voorspelde amfipathische alfa-helixen. Semikwantitatieve RT-PCR toonde alomtegenwoordige expressie van APOL1 aan, met de hoogste niveaus in longen, milt, prostaat en placenta, en een zwakke expressie in foetale hersenen en pancreas. In situ hybridisatie van menselijke placenta toonde expressie in alle 3 weefsellagen, inclusief de basale plaat, cytiotrophoblast, en chorionplaat.

Met behulp van noordelijke blotanalyse ontdekten Monajemi et al. (2002) de hoogste expressie van een 3-kb APOL1 transcript in placenta, long en lever, met lage expressie in hart en minimale expressie in pancreas. In situ hybridisatie van menselijk vaatweefsel toonde APOL1 expressie in endotheelcellen en mogelijk in macrofagen.

Duchateau et al. (2001) bepaalden dat het APOL1-gen 7 exonen bevat en 14 kb omspant. De promotorregio’s van de APOL1-, APOL2-, APOL3- (607253) en APOL4-genen hebben ten minste 1 SP1- (189906) site, een aantal AP1- (165160) en AP4- (600743) sites, ten minste 1 GC-box, meerdere zinkvinger-bindende sites, en ten minste 1 sterol regulatory element-bindend eiwit (zie 184756) site. Elk bevat ten minste 2 geconserveerde initiator-sequenties. De meest gebruikte promotorregio’s zijn TATA-loos met meerdere transcriptie-initiatieplaatsen.

Op basis van homologie binnen intronic sequenties concludeerden Monajemi et al. (2002) dat de APOL1, APOL2, APOL3, en APOL4 gencluster het resultaat is van tandem gen duplicatie, terwijl APOL5 (607255) en APOL6 (607256) meer ver verwant zijn.

Met behulp van genoomsequentieanalyse hebben Duchateau et al. (2001) APOL1 op chromosoom 22q12.1-q13.1 in kaart gebracht. Het bevindt zich in een cluster met APOL2, APOL3, en APOL4 dat 127 kb omspant. APOL1 ligt in de tegenovergestelde richting van de andere 3. Page et al. (2001) vonden dat de APOL-cluster 6 genen bevat en 619 kb omspant.

In hun figuur 3 hebben Mimmack et al. (2002) de genomische organisatie van de APOL gen familie op chromosoom 22q12.3 in kaart gebracht. Het COMT gen (116790) op chromosoom 22q11 ligt 15.2 Mb van het APOL6 gen, dat zich aan het telomere einde van de APOL gen cluster bevindt. Het APOL1-gen ligt aan het telomerische uiteinde van de cluster.

Monajemi et al. (2002) ontdekten een 10-voudige upregulatie van APOL1 in menselijke navelstreng endotheelcellen na stimulatie met tumornecrosefactor-alfa (TNFA; 191160).

In een microarray-analyse van genexpressie in de prefrontale cortex van schizofrene (181500) en controlehersenen, vonden Mimmack et al. (2002) significante upregulatie van de APOL1, APOL2 (607252), en APOL4 (607254) genen.

De menselijke slaapziekte in Oost-Afrika wordt veroorzaakt door de parasiet Trypanosoma brucei rhodesiense. De basis van deze pathologie is de resistentie van deze parasieten tegen lysis door normaal menselijk serum. Resistentie tegen normaal menselijk serum wordt verkregen door een gen dat codeert voor een afgeknotte vorm van de variant oppervlakteglycoproteïne die serumresistentie-geassocieerd eiwit (SRA) wordt genoemd. Vanhamme et al. (2003) toonden aan dat SRA een lysosomaal eiwit is, en dat de N-terminale alfa-helix van SRA verantwoordelijk is voor de resistentie tegen normaal menselijk serum. Dit domein interageert sterk met een carboxy-terminale alfa-helix van APOL1. Uitputting van normaal humaan serum van APOL1 door incubatie met SRA of antilichamen tegen APOL1 leidde tot het volledige verlies van trypanolytische activiteit. Toevoeging van natief of recombinant APOL1 hetzij aan APOL1-gedemineraliseerd normaal menselijk serum of aan foetaal kalfsserum induceerde lysis van normaal menselijk serum-gevoelige, maar niet normaal menselijk serum-resistente, trypanosomen. Confocale microscopie toonde aan dat APOL1 via de endocytische route in het lysosoom wordt opgenomen. Vanhamme et al. (2003) stelden voor dat APOL1 de trypanosoom lytische factor van normaal humaan serum is, en dat SRA resistentie tegen lysis verleent door interactie met APOL1 in het lysosoom.

Perez-Morga et al. (2005) toonden aan dat apolipoproteïne L-1 een membraanporievormend domein bevat dat functioneel lijkt op dat van bacteriële colicines, geflankeerd door een membraan-adresserend domein. In lipide bilaag membranen vormde apolipoproteine L-1 anionkanalen. In Trypanosoma brucei werd apolipoproteïne L-1 gericht op het lysosomale membraan en veroorzaakte depolarisatie van dit membraan, voortdurende instroom van chloride, en daaropvolgende osmotische zwelling van het lysosoom totdat het trypanosoom loogde.

Genovese et al. (2010) toonden aan dat bij Afrikaanse Amerikanen focale segmentale glomerulosclerose (FSGS; 603278) en door hypertensie veroorzaakte eindstadium nierziekte (ESRD) geassocieerd zijn met 2 onafhankelijke sequentievarianten in het APOL1-gen op chromosoom 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 varianten komen veel voor in Afrikaanse chromosomen maar zijn afwezig in Europese chromosomen, en beide bevinden zich binnen haplotypen die signaturen van positieve selectie herbergen. APOL1 is een serumfactor die trypanosomen lyset. In vitro-tests toonden aan dat alleen de nierziekte-geassocieerde APOL1-varianten Trypanosoma brucei rhodesiense lyseren. Genovese et al. (2010) speculeerden dat de evolutie van een kritische overlevingsfactor in Afrika kan hebben bijgedragen aan de hoge percentages nierziekten bij Afro-Amerikanen. Het sterkste signaal werd verkregen voor een 2-locus allel, G1 genoemd (613743.0001), bestaande uit 2 afgeleide nonsynonieme coderende varianten: rs73885319 (ser342 naar gly) en rs60910145 (ile384 naar met), beide in het laatste exon van APOL1. Deze 2 allelen zijn in perfecte linkage disequilibrium. Het G1 allel (342G:384M) had een frequentie van 52% in 205 FSGS gevallen en 18% in 180 controles (p = 1.07 x 10(-23)). Toen Genovese et al. (2010) logistische regressie uitvoerden om te controleren voor G1, identificeerden zij een tweede sterk signaal, een 6-bp deletie, rs71785313, die zij G2 noemden (613743.0002), dicht bij G1, dat de aminozuren N388 en Y389 verwijderde. Vanwege de nabijheid van rs73885319, rs60910145, en rs71785313, sluiten allelen G1 en G2 elkaar uit; recombinatie tussen beide is zeer onwaarschijnlijk. Genovese et al. (2010) vonden dat G1 en G2 in sterke LD zijn met varianten in MYH9 (160775). Met name het MYH9 E-1 haplotype, de beste voorspeller van nierziekte in eerdere studies (zie FSGS4, 612551), is aanwezig in de meeste haplotypen die het G1 of G2 allel bevatten. E-1 is aanwezig in 89% van de haplotypen met G1 en in 76% van de haplotypen met G2, wat de associatie van MYH9 E-1 met nierziekte verklaart. Associatie van nierziekte met het MYH9 haplotype verdween na controle voor de APOL1 risicovarianten. Het vergelijken van deelnemers met nul of 1 risico-allel van APOL1 met deelnemers met 2 risico-allelen leverde een odds ratio voor FSGS van 10,5 (CI, 6,0-18,4). Deze analyse ondersteunde een volledig recessief overervingspatroon.

Tzur et al. (2010) identificeerden eveneens de APOL1 SNPs rs73885319 en rs60910145 als risicofactoren voor nierziekte in het eindstadium in de Afro-Amerikaanse bevolking. Omdat de 2 missense varianten in bijna perfect linkage disequilibrium zijn, concludeerden de auteurs dat ze alleen al op populatiegenetische basis kunnen worden beschouwd als een “missense risico haplotype.

Parsa et al. (2013) voerden 2 studies uit waarin de effecten van varianten in het APOL1-gen op de progressie van chronische nierziekte werden onderzocht. In de African American Study of Kidney Disease and Hypertension (AASK) werden 693 zwarte patiënten met chronische nierziekte toegeschreven aan hypertensie onderzocht op een primaire uitkomst van samengestelde nierziekte in het eindstadium of verdubbeling van het serumcreatininegehalte. In totaal 160 (23%) personen droegen 2 kopieën van de APOL1 risicovarianten G1 (603743.0001) en/of G2 (603743.0002). Van deze personen in de hoog-risicogroep trad het primaire resultaat op bij 58%; in de APOL1 laag-risicogroep (alle andere genotypen) trad het primaire resultaat op bij 37% (hazard ratio in de hoog-risicogroep, 1,88; p minder dan 0,001). In het Chronic Renal Insufficiency Cohort (CRIC) evalueerden Parsa et al. (2013) 2.955 blanke en zwarte patiënten met chronische nierziekte (van wie 46% diabetes had) voor de primaire uitkomsten van de helling van de geschatte glomerulaire filtratiesnelheid (eGFR) en de composiet van nierziekte in het eindstadium, of een vermindering van 50% van de eGFR ten opzichte van de uitgangswaarde. Zwarte patiënten werden gegenotypeerd voor de G1 en G2 risico-allelen. In de CRIC-studie hadden zwarte patiënten in de APOL1-hoogrisicogroep (270 van de in totaal 1.411 zwarte patiënten) een snellere afname van de eGFR en een hoger risico op het samengestelde nierresultaat dan blanke patiënten, met of zonder diabetes als complicatie (p minder dan 0,001 voor alle vergelijkingen).

HPR (140210) is een hemoglobine (Hb)-bindend eiwit dat samen met APOL1 een eiwitcomplex vormt, trypanosome lytic factor-1 (TLF1) genaamd, dat een belangrijke rol speelt in de bescherming tegen Trypanosoma brucei. Met behulp van fiber-FISH, de paralog ratio test, en array-CGH gegevens, bevestigden Hardwick et al. (2014) dat het HPR gen copy number variabel is, waarbij duplicatie van HPR voorkomt bij polymorfe frequenties in West- en Centraal Afrika, tot een allelfrequentie van 15%. Hoge niveaus van HPR duplicatie overlapten de geografische regio waar chronische humane Afrikaanse trypanosomiasis endemisch is. Hoewel de HPR duplicatie enigszins onder-transmissie was bij kinderen met trypanosomiasis van niet getroffen ouders in de Democratische Republiek Congo, werd de onder-transmissie statistisch significant wanneer deze samen met allelen van APOL1 bij deze kinderen werd beoordeeld.

Ko et al. (2013) hebben de sequentie van een 1,4-kb APOL1-regio die het laatste exon omvat, dat codeert voor de porievormende, membraan-adresserende en SRA-interacterende domeinen, bepaald in 187 individuen van 10 geografisch en etnisch diverse Afrikaanse populaties. Zij identificeerden 38 varianten, waaronder 15 niet-synonieme SNPs en een 6-bp indel die 2 aminozuren verwijdert (d.w.z., het G2 allel). Drie van deze 16 varianten kwamen voor in het porievormende domein, 5 kwamen voor in het membraan-adresserende domein, en 6, inclusief de G1 en G2 varianten, kwamen voor in het SRA-interacterende domein. De allelfrequenties van G2 waren vergelijkbaar in alle populaties (3% tot 8%), terwijl het G1 allel alleen voorkwam bij de West-Afrikaanse Yoruba (39%). Ko et al. (2013) identificeerden ook 8 polymorfe sites in sterk linkage disequilibrium, die zij het G3 haplotype noemden, in alle populaties behalve in de West-Afrikaanse Yoruba. Het G3 haplotype bleek onder sterke selectieve druk te staan in de West-Afrikaanse Fulani populatie, die aan veeteelt doet en waarschijnlijk in het verleden aan ernstige infectie door T. b. gambiense blootgesteld is geweest. Zwakkere selectie voor het G3 haplotype werd gevonden in Oost-Afrikaanse Borana, Hadza, en Iraqw populaties, die onderhevig zijn aan infectie door T. b. rhodesiense.