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

TEXT

Gen APOL1 kóduje apolipoprotein L-I (apoL-I), lidský sérový apolipoprotein specifický pro lipoproteinové částice vysoké hustoty (HDL) (shrnutí podle Perez-Morga et al., 2005). Tento apolipoprotein zabíjí africkou trypanosomu Trypanosoma brucei brucei, s výjimkou poddruhů adaptovaných na člověka (T. b. rhodesiense, T. b. gambiense). Genovese et al. (2010) zjistili, že APOL1 nesoucí mutace specifické pro africkou populaci může lyzovat T. b. rhodesiense; tyto mutace byly také spojeny se zvýšenou náchylností k fokální segmentální glomeruloskleróze u Afroameričanů (viz FSGS4, 612551).

Na základě peptidových sekvencí nového lipoproteinu s vysokou hustotou Duchateau et al. (1997) naklonovali cDNA kódující APOL. CDNA kóduje polypeptid o 383 aminokyselinách, který obsahuje 12-aminokyselinový sekreční signální peptid. Analýza Northern blot odhalila 1,3-kb transkript APOL ve slinivce břišní, ale ne v žádné jiné lidské tkáni. Afinitní imunosorpce ukázala, že APOL není v plazmě volný, ale je spojen s lipoproteiny obsahujícími APOA1 (107680). APOL byl nalezen ve frakcích lipoproteinů s vysokou hustotou.

Sekvenováním řady klonů APOL1 Duchateau et al. (2001) identifikovali minoritní sestřihovou variantu, která zahrnuje exon 2. Tato varianta zahrnuje i exon 2, který se vyskytuje u APOL1. Tato varianta předpovídá protein, který obsahuje 43-reziduální signální peptid. Běžnější transkript bez exonu 2 předpovídá protein s 27-residovým signálním peptidem. Analýzou mRNA dot blot zjistili, že APOL1 je exprimován v široké škále tkání, jedinou výjimkou je fetální mozek. Kvantitativní RT-PCR, odrážející součet obou sestřihových variant, odhalila nejvyšší expresi v plicích.

Page et al. (2001) identifikovali genomickou sekvenční analýzou APOL1 v rámci shluku genů APOL. Předpokládaný protein o 398 aminokyselinách má vypočtenou molekulovou hmotnost 43,9 kD. Poznamenali, že proteiny APOL sdílejí významnou identitu v rámci předpokládaných amfipatických alfa šroubovic. Semikvantitativní RT-PCR odhalila všudypřítomnou expresi APOL1 s nejvyššími hladinami v plicích, slezině, prostatě a placentě a slabou expresí ve fetálním mozku a pankreatu. In situ hybridizace lidské placenty odhalila expresi ve všech třech vrstvách tkáně, včetně bazální desky, cytiotrofoblastu a choriové desky.

Analýzou Northern blot zjistili Monajemi et al (2002) nejvyšší expresi 3-kb transkriptu APOL1 v placentě, plicích a játrech, s nízkou expresí v srdci a minimální expresí v pankreatu. In situ hybridizace lidské cévní tkáně prokázala expresi APOL1 v endoteliálních buňkách a pravděpodobně v makrofázích.

Duchateau et al. (2001) určili, že gen APOL1 obsahuje 7 exonů a rozkládá se na 14 kb. Promotorové oblasti genů APOL1, APOL2, APOL3 (607253) a APOL4 mají nejméně 1 místo SP1 (189906), řadu míst AP1 (165160) a AP4 (600743), nejméně 1 GC box, několik míst pro vazbu zinkových prstů a nejméně 1 místo pro vazbu sterolových regulačních prvků (viz 184756). Každý z nich obsahuje alespoň 2 konzervované iniciátorové sekvence. Nejčastěji používané promotorové oblasti jsou bez TATA s více iniciačními místy transkripce.

Na základě homologie v rámci intronických sekvencí dospěli Monajemi et al. (2002) k závěru, že shluk genů APOL1, APOL2, APOL3 a APOL4 je výsledkem tandemové genové duplikace, zatímco APOL5 (607255) a APOL6 (607256) jsou vzdálenější.

Analýzou genomové sekvence Duchateau et al. (2001) zmapovali APOL1 na chromozomu 22q12.1-q13.1. Zjistili, že APOL1 se nachází na chromozomu 22q12.1-q13.1. Nachází se ve shluku s APOL2, APOL3 a APOL4, který zahrnuje 127 kb. APOL1 je v opačné orientaci než ostatní tři. Page et al. (2001) zjistili, že klastr APOL obsahuje 6 genů a rozkládá se na 619 kb.

Mimmack et al. (2002) na svém obrázku 3 znázornili genomické uspořádání rodiny genů APOL na chromozomu 22q12.3. Na obrázku 3 je znázorněno uspořádání rodiny genů APOL na chromozomu 22q12.3. Gen COMT (116790) na chromozomu 22q11 je vzdálen 15,2 Mb od genu APOL6, který se nachází na telomerickém konci shluku genů APOL. Gen APOL1 se nachází na telomerickém konci klastru.

Monajemi et al. (2002) zjistili desetinásobnou regulaci genu APOL1 v endoteliálních buňkách lidské pupečníkové žíly po stimulaci tumor nekrotizujícím faktorem alfa (TNFA; 191160).

Mimmack et al. (2002) zjistili při analýze genové exprese na mikročipu v prefrontální kůře mozku schizofreniků (181500) a v kontrolním mozku významné zvýšení regulace genů APOL1, APOL2 (607252) a APOL4 (607254).

Lidskou spavou nemoc ve východní Africe způsobuje parazit Trypanosoma brucei rhodesiense. Základem této patologie je odolnost těchto parazitů vůči lýze normálním lidským sérem. Rezistence vůči normálnímu lidskému séru je dána genem, který kóduje zkrácenou formu varianty povrchového glykoproteinu označovaného jako protein asociovaný se sérovou rezistencí (SRA). Vanhamme et al. (2003) ukázali, že SRA je lysozomální protein a že N-terminální alfa-helix SRA je zodpovědný za rezistenci vůči normálnímu lidskému séru. Tato doména silně interaguje s karboxy-koncovým alfa-helixem APOL1. Zbavení normálního lidského séra APOL1 inkubací s SRA nebo protilátkami proti APOL1 vedlo k úplné ztrátě trypanolytické aktivity. Přidání nativního nebo rekombinantního APOL1 buď k normálnímu lidskému séru ochuzenému o APOL1, nebo k fetálnímu telecímu séru vyvolalo lýzu trypanosom citlivých na normální lidské sérum, ale ne rezistentních na normální lidské sérum. Konfokální mikroskopie prokázala, že APOL1 je vychytáván endocytickou cestou do lysozomu. Vanhamme et al. (2003) navrhli, že APOL1 je trypanosomovým lytickým faktorem normálního lidského séra a že SRA uděluje rezistenci k lýze interakcí s APOL1 v lysosomu.

Perez-Morga et al. (2005) prokázali, že apolipoprotein L-1 obsahuje membránovou doménu tvořící póry, která je funkčně podobná doméně bakteriálních kolicinů a je lemována membránově-adresní doménou. V lipidových dvouvrstvých membránách vytvářel apolipoprotein L-1 aniontové kanály. U Trypanosoma brucei byl apolipoprotein L-1 zaměřen na lysozomální membránu a vyvolal depolarizaci této membrány, kontinuální přítok chloridů a následné osmotické bobtnání lysozomu, dokud trypanozom nelyzoval.

Genovese et al. (2010) prokázali, že u Afroameričanů jsou fokální segmentální glomeruloskleróza (FSGS; 603278) a hypertenzí podmíněné konečné stadium onemocnění ledvin (ESRD) spojeny se 2 nezávislými sekvenčními variantami v genu APOL1 na chromozomu 22 (FSGS odds ratio = 10,5, 95% CI, 6,0-18,4; ESRD odds ratio = 7,3, 95% CI, 5,6-9,5). Obě varianty genu APOL1 jsou běžné na afrických chromozomech, ale chybí na evropských chromozomech, a obě se nacházejí v haplotypech, které nesou známky pozitivní selekce. APOL1 je sérový faktor, který lyzuje trypanosomy. Testy in vitro odhalily, že pouze varianty APOL1 spojené s onemocněním ledvin lyzují Trypanosoma brucei rhodesiense. Genovese et al. (2010) spekulovali, že evoluce kritického faktoru přežití v Africe mohla přispět k vysoké míře onemocnění ledvin u Afroameričanů. Nejsilnější signál byl získán pro 2-lokusovou alelu, označovanou jako G1 (613743.0001), která se skládá ze 2 odvozených nesynonymních kódujících variant: rs73885319 (ser342 na gly) a rs60910145 (ile384 na met), obě v posledním exonu APOL1. Tyto 2 alely jsou v dokonalé vazebné nerovnováze. Alela G1 (342G:384M) měla frekvenci 52 % u 205 případů FSGS a 18 % u 180 kontrol (p = 1,07 x 10(-23)). Když Genovese et al. (2010) provedli logistickou regresi pro kontrolu G1, identifikovali druhý silný signál, 6bp deleci, rs71785313, kterou označili jako G2 (613743.0002), blízkou G1, která odstranila aminokyseliny N388 a Y389. Vzhledem k blízkosti rs73885319, rs60910145 a rs71785313 se alely G1 a G2 vzájemně vylučují; rekombinace mezi nimi je velmi nepravděpodobná. Genovese et al. (2010) zjistili, že G1 a G2 jsou v silné LD s variantami v MYH9 (160775). Zejména haplotyp MYH9 E-1, který byl v předchozích studiích nejlepším prediktorem onemocnění ledvin (viz FSGS4, 612551), je přítomen ve většině haplotypů obsahujících alelu G1 nebo G2. Konkrétně je E-1 přítomen v 89 % haplotypů nesoucích G1 a v 76 % haplotypů nesoucích G2, což vysvětluje souvislost MYH9 E-1 s onemocněním ledvin. Asociace onemocnění ledvin s haplotypem MYH9 zmizela po kontrole rizikových variant APOL1. Srovnání účastníků s nulovou nebo 1 rizikovou alelou APOL1 s účastníky se 2 rizikovými alelami poskytlo poměr šancí pro FSGS 10,5 (CI, 6,0-18,4). Tato analýza podpořila zcela recesivní vzorec dědičnosti.

Tzur et al. (2010) podobně identifikovali SNP APOL1 rs73885319 a rs60910145 jako rizikové faktory pro konečné stadium onemocnění ledvin u afroamerické populace. Vzhledem k tomu, že tyto 2 missense varianty jsou v téměř dokonalé vazebné nerovnováze, dospěli autoři k závěru, že pouze na základě populační genetiky je lze považovat za „missense rizikový haplotyp“.

Parsa et al. (2013) provedli 2 studie zkoumající vliv variant v genu APOL1 na progresi chronického onemocnění ledvin. Ve studii African American Study of Kidney Disease and Hypertension (AASK) bylo 693 černošských pacientů s chronickým onemocněním ledvin připisovaným hypertenzi vyšetřeno na primární výsledek složeného konečného stadia onemocnění ledvin nebo zdvojnásobení hladiny sérového kreatininu. Celkem 160 (23 %) jedinců neslo 2 kopie rizikových variant APOL1 G1 (603743.0001) a/nebo G2 (603743.0002). Z těchto jedinců ve skupině s vysokým rizikem se primární výsledek vyskytl u 58 %; ve skupině s nízkým rizikem APOL1 (všechny ostatní genotypy) se primární výsledek vyskytl u 37 % (poměr rizika ve skupině s vysokým rizikem 1,88; p méně než 0,001). Ve studii Chronic Renal Insufficiency Cohort (CRIC) Parsa et al. (2013) hodnotili 2 955 bělošských pacientů a černošských pacientů s chronickým onemocněním ledvin (46 % z nich mělo diabetes) z hlediska primárního výsledku, kterým byl sklon odhadované glomerulární filtrace (eGFR) a složený výsledek konečného stadia onemocnění ledvin nebo snížení eGFR o 50 % oproti výchozí hodnotě. Pacienti černé pleti byli genotypizováni na rizikové alely G1 a G2. Ve studii CRIC byl u černošských pacientů ve vysoce rizikové skupině APOL1 (270 z celkového počtu 1 411 černošských pacientů) zaznamenán rychlejší pokles eGFR a vyšší riziko složeného renálního postižení než u bělošských pacientů, ať už s diabetem jako komplikací nebo bez něj (p méně než 0,001 pro všechna srovnání).

HPR (140210) je protein vázající hemoglobin (Hb), který spolu s APOL1 tvoří proteinový komplex nazývaný trypanozomální lytický faktor-1 (TLF1), který hraje důležitou roli v ochraně proti Trypanosoma brucei. Hardwick et al. (2014) pomocí metody fiber-FISH, testu poměru paralogů a dat array-CGH potvrdili, že gen HPR je variabilní v počtu kopií, přičemž duplikace HPR se v západní a střední Africe vyskytuje s polymorfní frekvencí až do frekvence alel 15 %. Vysoké úrovně duplikace HPR se překrývaly s geografickou oblastí, kde je chronická lidská africká trypanosomóza endemická. Ačkoli se duplikace HPR poněkud nedostatečně přenášela na děti postižené trypanosomózou od nepostižených rodičů v Demokratické republice Kongo, nedostatečný přenos se stal statisticky významným, když se u těchto dětí hodnotil společně s alelami APOL1.

Ko et al. (2013) sekvenovali 1,4kb oblast APOL1, která zahrnuje poslední exon, jenž kóduje domény tvořící póry, adresující membrány a interagující se SRA, u 187 jedinců z 10 geograficky a etnicky různorodých afrických populací. Identifikovali 38 variant, včetně 15 nesynonymních SNP a 6bp indelu, který odstraňuje 2 aminokyseliny (tj. alela G2). Tři z těchto 16 variant se vyskytovaly v doméně tvořící póry, 5 se vyskytovalo v doméně adresující membránu a 6, včetně variant G1 a G2, se vyskytovalo v doméně interagující se SRA. Frekvence alel G2 byly podobné u všech populací (3-8 %), zatímco alela G1 byla běžná pouze u západoafrických Jorubů (39 %). Ko et al. (2013) také identifikovali 8 polymorfních míst v silné vazebné nerovnováze, které nazvali haplotyp G3, ve všech populacích s výjimkou západoafrických Jorubů. Zdá se, že haplotyp G3 je pod silným selekčním tlakem u západoafrické populace Fulani, která se zabývá pastevectvím dobytka a v minulosti byla pravděpodobně vystavena těžké infekci T. b. gambiense. Slabší selekce pro haplotyp G3 byla zjištěna u východoafrických populací Borana, Hadza a Iraqw, které jsou vystaveny infekci T. b. rhodesiense.