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

TEKST

Gen APOL1 koduje apolipoproteinę L-I (apoL-I), specyficzną dla człowieka apolipoproteinę surowicy związaną z cząsteczkami lipoproteiny o dużej gęstości (HDL) (streszczenie Perez-Morga i in., 2005). Apolipoproteina ta zabija trypanosom afrykański Trypanosoma brucei brucei, z wyjątkiem podgatunków przystosowanych do człowieka (T. b. rhodesiense, T. b. gambiense). Genovese i wsp. (2010) stwierdzili, że APOL1 niosący mutacje specyficzne dla populacji afrykańskiej może lizować T. b. rhodesiense; mutacje te były również związane ze zwiększoną podatnością na ogniskowe segmentalne stwardnienie kłębuszków nerkowych u Afroamerykanów (patrz FSGS4, 612551).

Based on peptide sequences of a novel high density lipoprotein, Duchateau et al. (1997) cloned cDNAs encoding APOL. CDNA koduje 383-aminokwasowy polipeptyd, który zawiera 12-aminokwasowy wydzielniczy peptyd sygnałowy. Analiza Northern blot wykryła 1,3-kb transkrypt APOL w trzustce, ale nie w żadnej innej tkance ludzkiej. Immunosorpcja powinowactwa wykazała, że APOL nie jest wolny w osoczu, ale jest związany z lipoproteinami zawierającymi APOA1 (107680). APOL znajdował się we frakcjach lipoprotein o wysokiej gęstości.

Sekwencjonując pewną liczbę klonów APOL1, Duchateau i wsp. (2001) zidentyfikowali mniejszy wariant splice, który obejmuje ekson 2. Wariant ten przewiduje białko, które zawiera 43-rezydowy peptyd sygnałowy. Bardziej powszechny transkrypt, pozbawiony egzonu 2, przewiduje białko z 27-rezidowym peptydem sygnałowym. Analiza mRNA metodą dot blot wykazała, że APOL1 ulega ekspresji w wielu różnych tkankach, jedynym wyjątkiem jest mózg płodu. Ilościowe RT-PCR, odzwierciedlające sumę obu wariantów splicingowych, wykazało najwyższą ekspresję w płucach.

Przez analizę sekwencji genomowej, Page i wsp. (2001) zidentyfikowali APOL1 w obrębie klastra genów APOL. Przewidywane 398-aminokwasowe białko ma obliczoną masę cząsteczkową 43,9 kD. Zauważyli, że białka APOL wykazują znaczną identyczność w obrębie przewidywanych amfipatycznych heliksów alfa. Półilościowe RT-PCR wykazało wszechobecną ekspresję APOL1, z najwyższym poziomem w płucach, śledzionie, prostacie i łożysku oraz słabą ekspresję w mózgu płodu i trzustce. Hybrydyzacja in situ ludzkiego łożyska ujawniła ekspresję we wszystkich 3 warstwach tkankowych, w tym w blaszce podstawnej, cytotrofoblaście i blaszce kosmówkowej.

Przez analizę Northern blot, Monajemi i wsp. (2002) wykryli najwyższą ekspresję 3-kb transkryptu APOL1 w łożysku, płucach i wątrobie, z niską ekspresją w sercu i minimalną w trzustce. Hybrydyzacja in situ ludzkiej tkanki naczyniowej wykazała ekspresję APOL1 w komórkach śródbłonka i prawdopodobnie w makrofagach.

Duchateau i wsp. (2001) ustalili, że gen APOL1 zawiera 7 eksonów i rozciąga się na 14 kb. Regiony promotorowe genów APOL1, APOL2, APOL3 (607253) i APOL4 mają co najmniej 1 miejsce SP1 (189906), pewną liczbę miejsc AP1 (165160) i AP4 (600743), co najmniej 1 pole GC, wiele miejsc wiążących palec cynkowy i co najmniej 1 miejsce wiążące element regulacyjny steroli (patrz 184756). Każdy z nich zawiera co najmniej 2 konserwowane sekwencje inicjujące. Najczęściej używane regiony promotorowe są pozbawione TATA z wieloma miejscami inicjacji transkrypcji.

Zauważając homologię w obrębie sekwencji intronowych, Monajemi i wsp. (2002) doszli do wniosku, że klaster genów APOL1, APOL2, APOL3 i APOL4 jest wynikiem tandemowej duplikacji genów, podczas gdy APOL5 (607255) i APOL6 (607256) są bardziej odległe.

Poprzez analizę sekwencji genomowej Duchateau i wsp. (2001) zmapowali APOL1 do chromosomu 22q12.1-q13.1. Jest on zlokalizowany w klastrze z APOL2, APOL3 i APOL4, który rozciąga się na 127 kb. APOL1 jest w przeciwnej orientacji niż pozostałe 3. Page i wsp. (2001) stwierdzili, że klaster APOL zawiera 6 genów i rozciąga się na 619 kb.

W swojej rycinie 3, Mimmack et al. (2002) diagramowali genomową organizację rodziny genów APOL na chromosomie 22q12.3. Gen COMT (116790) na chromosomie 22q11 jest 15,2 Mb od genu APOL6, który znajduje się na telomerycznym końcu klastra genów APOL. Gen APOL1 znajduje się na telomerycznym końcu klastra.

Monajemi i wsp. (2002) wykryli 10-krotne podwyższenie APOL1 w ludzkich komórkach śródbłonka żyły pępowinowej po stymulacji czynnikiem martwicy nowotworów-alfa (TNFA; 191160).

W analizie mikromacierzowej ekspresji genów w korze przedczołowej mózgów chorych na schizofrenię (181500) i kontrolnych, Mimmack i wsp. (2002) stwierdzili znaczące podwyższenie ekspresji genów APOL1, APOL2 (607252) i APOL4 (607254).

Śpiączka ludzka we wschodniej Afryce jest wywoływana przez pasożyta Trypanosoma brucei rhodesiense. Podstawą tej patologii jest odporność tych pasożytów do lizy przez normalne ludzkiej surowicy. Oporność na normalną surowicę ludzką jest nadawana przez gen, który koduje skróconą formę wariantu glikoproteiny powierzchniowej określanej jako białko związane z opornością na surowicę (SRA). Vanhamme et al. (2003) wykazali, że SRA jest białkiem lizosomalnym i że N-końcowa alfa-helisa SRA jest odpowiedzialna za oporność na normalną surowicę ludzką. Domena ta silnie oddziałuje z karboksy-końcową alfa-helisą APOL1. Pozbawienie normalnej surowicy ludzkiej APOL1 przez inkubację z SRA lub przeciwciałami przeciwko APOL1 prowadziło do całkowitej utraty aktywności trypanolitycznej. Dodanie natywnego lub rekombinowanego APOL1 do pozbawionej APOL1 normalnej surowicy ludzkiej lub do płodowej surowicy cielęcej powodowało lizę trypanosomów wrażliwych na normalną surowicę ludzką, ale nie wrażliwych na normalną surowicę ludzką. Mikroskopia konfokalna wykazała, że APOL1 jest pobierany przez szlak endocytarny do lizosomu. Vanhamme et al. (2003) zaproponowali, że APOL1 jest czynnikiem litycznym trypanosomów w normalnej ludzkiej surowicy i że SRA nadaje odporność na lizę poprzez interakcję z APOL1 w lizosomie.

Perez-Morga i wsp. (2005) wykazali, że apolipoproteina L-1 zawiera domenę tworzącą pory błonowe, funkcjonalnie podobną do domeny kolicyn bakteryjnych, otoczoną domeną adresującą błonę. W błonach dwuwarstwowych lipidów apolipoproteina L-1 tworzyła kanały anionowe. W Trypanosoma brucei, apolipoproteina L-1 była skierowana do błony lizosomalnej i wywoływała depolaryzację tej błony, ciągły napływ chlorków, a następnie osmotyczne pęcznienie lizosomu, aż do zlikwidowania trypanosomu.

Genovese i wsp. (2010) wykazali, że u Afroamerykanów ogniskowe segmentalne stwardnienie kłębuszków nerkowych (FSGS; 603278) i schyłkowa choroba nerek z nadciśnieniem tętniczym (ESRD) są związane z 2 niezależnymi wariantami sekwencji w genie APOL1 na chromosomie 22 (FSGS odds ratio = 10,5, 95% CI, 6,0-18,4; ESRD odds ratio = 7,3, 95% CI, 5,6-9,5). Dwa warianty APOL1 są powszechne w chromosomach afrykańskich, ale nieobecne w chromosomach europejskich, i oba rezydują w haplotypach, które noszą ślady pozytywnej selekcji. APOL1 jest czynnikiem surowicy, który lizuje trypanosomy. Testy in vitro wykazały, że tylko warianty APOL1 związane z chorobą nerek lizują Trypanosoma brucei rhodesiense. Genovese i wsp. (2010) spekulowali, że ewolucja krytycznego czynnika przeżycia w Afryce mogła przyczynić się do wysokiego wskaźnika zachorowań na choroby nerek u Afroamerykanów. Najsilniejszy sygnał uzyskano dla allelu 2-lokalnego, określanego jako G1 (613743.0001), składającego się z 2 pochodnych nonsynonimicznych wariantów kodujących: rs73885319 (ser342 do gly) i rs60910145 (ile384 do met), oba w ostatnim eksonie APOL1. Te dwa allele są w doskonałym sprzężeniu zwrotnym. Allel G1 (342G:384M) występował z częstością 52% w 205 przypadkach FSGS i 18% w 180 kontrolach (p = 1,07 x 10(-23)). Kiedy Genovese i wsp. (2010) przeprowadzili regresję logistyczną w celu kontroli G1, zidentyfikowali drugi silny sygnał, 6-bp delecję, rs71785313, którą określili jako G2 (613743.0002), bliską G1, która usunęła aminokwasy N388 i Y389. Ze względu na bliskość rs73885319, rs60910145 i rs71785313, allele G1 i G2 wykluczają się wzajemnie; rekombinacja między nimi jest bardzo mało prawdopodobna. Genovese i wsp. (2010) stwierdzili, że G1 i G2 są w silnym LD z wariantami w MYH9 (160775). W szczególności, haplotyp MYH9 E-1, najlepszy predyktor choroby nerek w poprzednich badaniach (patrz FSGS4, 612551), jest obecny w większości haplotypów zawierających allele G1 lub G2. Konkretnie, E-1 jest obecny w 89% haplotypów niosących G1 i w 76% haplotypów niosących G2, wyjaśniając związek MYH9 E-1 z chorobą nerek. Związek choroby nerek z haplotypem MYH9 zniknął po kontroli dla wariantów ryzyka APOL1. Porównanie uczestników z zerowym lub 1 allelem ryzyka APOL1 z uczestnikami z 2 allelami ryzyka dało iloraz szans dla FSGS wynoszący 10,5 (CI, 6,0-18,4). Analiza ta potwierdziła całkowicie recesywny wzorzec dziedziczenia.

Tzur i wsp. (2010) podobnie zidentyfikowali APOL1 SNPs rs73885319 i rs60910145 jako czynniki ryzyka dla schyłkowej niewydolności nerek w populacji afroamerykańskiej. Ponieważ te 2 warianty missense znajdują się w niemal doskonałym powiązaniu, autorzy doszli do wniosku, że na podstawie samej genetyki populacyjnej można je uznać za „haplotyp ryzyka missense”.

Parsa i wsp. (2013) przeprowadzili 2 badania sprawdzające wpływ wariantów w genie APOL1 na progresję przewlekłej choroby nerek. W badaniu African American Study of Kidney Disease and Hypertension (AASK) 693 czarnoskórych pacjentów z przewlekłą chorobą nerek przypisywaną nadciśnieniu tętniczemu przebadano pod kątem wyniku pierwotnego w postaci złożonej schyłkowej niewydolności nerek lub podwojenia stężenia kreatyniny w surowicy. W sumie 160 (23%) osób było nosicielami 2 kopii wariantów ryzyka APOL1 G1 (603743.0001) i / lub G2 (603743.0002). Spośród tych osób w grupie wysokiego ryzyka, pierwotny wynik wystąpił u 58%; w grupie niskiego ryzyka APOL1 (wszystkie inne genotypy), pierwotny wynik wystąpił u 37% (współczynnik zagrożenia w grupie wysokiego ryzyka, 1,88; p mniej niż 0,001). W badaniu Chronic Renal Insufficiency Cohort (CRIC), Parsa i wsp. (2013) ocenili 2 955 białych i czarnych pacjentów z przewlekłą chorobą nerek (46% z nich miało cukrzycę) pod kątem pierwszorzędowych wyników nachylenia szacowanego wskaźnika filtracji kłębuszkowej (eGFR) i złożonego wskaźnika schyłkowej niewydolności nerek lub zmniejszenia eGFR o 50% w stosunku do wartości wyjściowej. U pacjentów rasy czarnej oznaczono genotyp dla alleli ryzyka G1 i G2. W badaniu CRIC czarni pacjenci z grupy wysokiego ryzyka APOL1 (270 z 1411 pacjentów rasy czarnej) mieli szybszy spadek eGFR i większe ryzyko wystąpienia złożonego wyniku nerkowego niż pacjenci rasy białej, z cukrzycą lub bez cukrzycy jako powikłania (p mniej niż 0,001 dla wszystkich porównań).

HPR (140210) jest białkiem wiążącym hemoglobinę (Hb), które wraz z APOL1 tworzy kompleks białkowy zwany trypanosomowym czynnikiem litycznym-1 (TLF1), który odgrywa ważną rolę w ochronie przed Trypanosoma brucei. Wykorzystując fiber-FISH, test paralog ratio oraz dane array-CGH, Hardwick i wsp. (2014) potwierdzili, że gen HPR jest zmienny pod względem liczby kopii, z duplikacją HPR występującą z polimorficzną częstotliwością w zachodniej i środkowej Afryce, do częstotliwości alleli 15%. Wysoki poziom duplikacji HPR pokrywał się z regionem geograficznym, w którym endemicznie występuje przewlekła trypanosomoza afrykańska u ludzi. Chociaż duplikacja HPR była nieco niedostatecznie przekazywana dzieciom dotkniętym trypanosomozą od rodziców nie dotkniętych trypanosomozą w Demokratycznej Republice Konga, niedostateczna transmisja stała się statystycznie istotna, gdy oceniano ją razem z allelami APOL1 u tych dzieci.

Ko i wsp. (2013) zsekwencjonowali 1,4-kb region APOL1 obejmujący ostatni ekson, który koduje domeny tworzące pory, adresujące błonę i interferujące z SRA, u 187 osób z 10 zróżnicowanych geograficznie i etnicznie populacji afrykańskich. Zidentyfikowali 38 wariantów, w tym 15 nonsynonimicznych SNP i 6-bp indel, który usuwa 2 aminokwasy (tj. allel G2). Trzy z tych 16 wariantów wystąpiły w domenie tworzącej pory, 5 wystąpiło w domenie adresującej błonę, a 6, w tym warianty G1 i G2, wystąpiło w domenie oddziałującej z SRA. Częstości alleli G2 były podobne we wszystkich populacjach (od 3% do 8%), natomiast allel G1 był powszechny tylko u zachodnioafrykańskich Yoruba (39%). Ko i wsp. (2013) zidentyfikowali również 8 miejsc polimorficznych w silnej nierównowadze sprzężeń, które nazwali haplotypem G3, we wszystkich populacjach z wyjątkiem zachodnioafrykańskiej Yoruba. Okazało się, że haplotyp G3 znajduje się pod silną presją selekcyjną w zachodnioafrykańskiej populacji Fulani, która prowadzi hodowlę bydła i prawdopodobnie w przeszłości była narażona na ciężkie zakażenia T. b. gambiense. Słabszą selekcję dla haplotypu G3 stwierdzono we wschodnioafrykańskich populacjach Borana, Hadza i Iraqw, które są narażone na infekcje T. b. rhodesiense.