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

TEXT

Gena APOL1 codifică apolipoproteina L-I (apoL-I), o apolipoproteină serică specifică umană legată de particulele de lipoproteine cu densitate mare (HDL) (rezumat de Perez-Morga et al., 2005). Această apolipoproteină omoară trypanosomul african Trypanosoma brucei brucei, cu excepția subspeciilor adaptate la om (T. b. rhodesiense, T. b. gambiense). Genovese et al. (2010) au descoperit că APOL1 purtător de mutații specifice populației africane poate liza T. b. rhodesiense; aceste mutații au fost, de asemenea, asociate cu o susceptibilitate crescută la glomeruloscleroza segmentară focală la afro-americani (a se vedea FSGS4, 612551).

Pe baza secvențelor peptidice ale unei noi lipoproteine de înaltă densitate, Duchateau și colab. (1997) au clonat ADNc care codifică APOL. ADNc codifică o polipeptidă de 383 aminoacizi care include o peptidă semnal secretorie de 12 aminoacizi. Analiza Northern blot a detectat un transcript APOL de 1,3 kb în pancreas, dar nu și în alte țesuturi umane. Imunosorbția de afinitate a arătat că APOL nu este liber în plasmă, ci este asociat cu lipoproteinele care conțin APOA1 (107680). APOL a fost găsit în fracțiunile de lipoproteine de înaltă densitate.

Prin secvențierea unui număr de clone APOL1, Duchateau și colab. (2001) au identificat o variantă minoră de splice care include exonul 2. Această variantă prezice o proteină care conține o peptidă semnal de 43 de resturi. Transcrierea mai comună, lipsită de exonul 2, prezice o proteină cu o peptidă semnal de 27 de resturi. Prin analiza dot blot a ARNm, au descoperit că APOL1 este exprimat într-o mare varietate de țesuturi, singura excepție fiind creierul fetal. RT-PCR cantitativă, care reflectă suma ambelor variante de îmbinare, a arătat cea mai mare expresie în plămâni.

Prin analiza secvenței genomice, Page et al. (2001) au identificat APOL1 în cadrul clusterului de gene APOL. Proteina prezisă de 398 aminoacizi are o masă moleculară calculată de 43,9 kD. Aceștia au observat că proteinele APOL au o identitate semnificativă în cadrul elicelor alfa amfipatice prezise. RT-PCR semicantitativă a relevat o expresie omniprezentă a APOL1, cu cele mai ridicate niveluri în plămâni, splină, prostată și placentă, și o expresie slabă în creierul fetal și pancreas. Hibridizarea in situ a placentei umane a evidențiat expresia în toate cele 3 straturi tisulare, inclusiv în placa bazală, citotrofoblast și placa corionică.

Prin analiza Northern blot, Monajemi et al. (2002) au detectat cea mai mare expresie a unui transcript APOL1 de 3 kb în placentă, plămâni și ficat, cu o expresie scăzută în inimă și o expresie minimă în pancreas. Hibridizarea in situ a țesutului vascular uman a arătat expresia APOL1 în celulele endoteliale și posibil în macrofage.

Duchateau et al. (2001) au determinat că gena APOL1 conține 7 exoni și se întinde pe 14 kb. Regiunile promotoare ale genelor APOL1, APOL2, APOL3 (607253) și APOL4 au cel puțin 1 situs SP1 (189906), un număr de situs AP1 (165160) și AP4 (600743), cel puțin 1 cutie GC, mai multe situsuri de legare a degetului de zinc și cel puțin 1 situs al proteinei de legare a elementului de reglare a sterolului (vezi 184756). Fiecare conține cel puțin 2 secvențe inițiatoare conservate. Cele mai frecvent utilizate regiuni promotoare sunt cele fără TATA, cu mai multe situsuri de inițiere a transcripției.

Notând omologia în cadrul secvențelor intronice, Monajemi et al. (2002) au concluzionat că grupul de gene APOL1, APOL2, APOL3 și APOL4 este rezultatul unei duplicări genetice în tandem, în timp ce APOL5 (607255) și APOL6 (607256) sunt înrudite mai îndepărtat.

Prin analiza secvenței genomice, Duchateau et al. (2001) au cartografiat APOL1 la cromozomul 22q12.1-q13.1. Acesta este localizat într-un grup cu APOL2, APOL3 și APOL4 care se întinde pe 127 kb. APOL1 se află în orientare opusă față de celelalte 3. Page et al. (2001) au constatat că clusterul APOL conține 6 gene și se întinde pe 619 kb.

În figura lor 3, Mimmack et al. (2002) au diagramat organizarea genomică a familiei de gene APOL pe cromozomul 22q12.3. Gena COMT (116790) de pe cromozomul 22q11 se află la 15,2 Mb de gena APOL6, care este situată la capătul telomeric al grupului de gene APOL. Gena APOL1 se află la capătul telomeric al clusterului.

Monajemi et al. (2002) au detectat o suprareglare de 10 ori a APOL1 în celulele endoteliale ale venei ombilicale umane în urma stimulării cu factorul de necroză tumorală-alfa (TNFA; 191160).

Într-o analiză de microarray a expresiei genelor în cortexul prefrontal al creierului schizofrenic (181500) și al creierului de control, Mimmack et al. (2002) au găsit o creștere semnificativă a expresiei genelor APOL1, APOL2 (607252) și APOL4 (607254).

Boala umană a somnului din Africa de Est este cauzată de parazitul Trypanosoma brucei rhodesiense. La baza acestei patologii se află rezistența acestor paraziți la liza de către serul uman normal. Rezistența la serul uman normal este conferită de o genă care codifică o formă trunchiată a variantei glicoproteinei de suprafață denumită proteină asociată cu rezistența la ser (SRA). Vanhamme et al. (2003) au arătat că SRA este o proteină lizozomală și că alfa-helixul N-terminal al SRA este responsabil pentru rezistența la serul uman normal. Acest domeniu interacționează puternic cu un alfa-helix carboxi-terminal al APOL1. Epuizarea serului uman normal de APOL1 prin incubarea cu SRA sau cu anticorpi împotriva APOL1 a dus la pierderea completă a activității tripanolitice. Adăugarea de APOL1 nativ sau recombinant fie la serul uman normal sărăcit de APOL1, fie la serul fetal de vițel, a indus liza tripanosomilor sensibili la serul uman normal, dar nu ș i la cei rezistenți la serul uman normal. Microscopia confocală a demonstrat că APOL1 este preluat pe cale endocitară în lizozom. Vanhamme et al. (2003) au propus că APOL1 este factorul litizant al tripanosomului din serul uman normal și că SRA conferă rezistență la liză prin interacțiunea cu APOL1 în lizozom.

Perez-Morga et al. (2005) au demonstrat că apolipoproteina L-1 conține un domeniu de formare a porilor membranari similar din punct de vedere funcțional cu cel al colicinelor bacteriene, flancat de un domeniu de adresare a membranei. În membranele bistratificate lipidice, apolipoproteina L-1 a format canale anionice. La Trypanosoma brucei, apolipoproteina L-1 a fost direcționată către membrana lizozomală și a declanșat depolarizarea acestei membrane, afluxul continuu de clorură și umflarea osmotică ulterioară a lizozomului până la liza tripanosomului.

Genovese et al. (2010) au arătat că, la afro-americani, glomeruloscleroza segmentară focală (FSGS; 603278) și boala renală în stadiu terminal (ESRD) atribuită hipertensiunii arteriale sunt asociate cu 2 variante de secvență independente în gena APOL1 de pe cromozomul 22 (odds ratio FSGS = 10,5, 95% CI, 6,0-18,4; odds ratio ESRD = 7,3, 95% CI, 5,6-9,5). Cele 2 variante APOL1 sunt comune în cromozomii africani, dar absente în cromozomii europeni, și ambele rezidă în cadrul unor haplotipuri care adăpostesc semnături de selecție pozitivă. APOL1 este un factor seric care lizează tripanosomii. Testele in vitro au arătat că numai variantele APOL1 asociate bolii renale au lizat Trypanosoma brucei rhodesiense. Genovese et al. (2010) au speculat că evoluția unui factor critic de supraviețuire în Africa ar fi putut contribui la ratele ridicate de boală renală la afro-americani. Cel mai puternic semnal a fost obținut pentru o alelă cu 2 locașuri, denumită G1 (613743.0001), formată din 2 variante de codificare nesinonime derivate: rs73885319 (ser342 la gly) și rs60910145 (ile384 la met), ambele în ultimul exon al APOL1. Aceste 2 alele se află în dezechilibru perfect de legătură. Alela G1 (342G:384M) a avut o frecvență de 52% la 205 cazuri de FSGS și 18% la 180 de controale (p = 1,07 x 10(-23)). Când Genovese et al. (2010) au efectuat o regresie logistică pentru a controla G1, au identificat un al doilea semnal puternic, o deleție de 6 pb, rs71785313, pe care au numit-o G2 (613743.0002), aproape de G1, care a eliminat aminoacizii N388 și Y389. Din cauza proximității dintre rs73885319, rs60910145 și rs71785313, alelele G1 și G2 se exclud reciproc; recombinarea între ele este foarte puțin probabilă. Genovese et al. (2010) au constatat că G1 și G2 sunt în LD puternic cu variantele din MYH9 (160775). În special, haplotipul MYH9 E-1, cel mai bun predictor al bolii renale în studiile anterioare (a se vedea FSGS4, 612551), este prezent în majoritatea haplotipurilor care conțin alela G1 sau G2. Mai exact, E-1 este prezent în 89% din haplotipurile purtătoare de G1 și în 76% din haplotipurile purtătoare de G2, explicând asocierea MYH9 E-1 cu boala renală. Asocierea bolii renale cu haplotipul MYH9 a dispărut după controlul pentru variantele de risc APOL1. Compararea participanților cu zero sau 1 alelă de risc APOL1 cu participanții cu 2 alele de risc a furnizat un odds ratio pentru FSGS de 10,5 (IC, 6,0-18,4). Această analiză a susținut un model complet recesiv de moștenire.

Tzur et al. (2010) au identificat, de asemenea, SNP-urile APOL1 rs73885319 și rs60910145 ca factori de risc pentru boala renală în stadiu terminal la populația afro-americană. Deoarece cele 2 variante missense se află într-un dezechilibru de legătură aproape perfect, autorii au concluzionat că, doar pe baza geneticii populației, acestea pot fi considerate un „haplotip de risc missense”.

Parsa et al. (2013) au efectuat 2 studii care au examinat efectele variantelor din gena APOL1 asupra progresiei bolii renale cronice. În cadrul studiului African American Study of Kidney Disease and Hypertension (AASK), 693 de pacienți de culoare cu boală renală cronică atribuită hipertensiunii arteriale au fost examinați pentru un rezultat primar compus din boală renală în stadiu terminal compozit sau dublarea nivelului creatininei serice. Un total de 160 (23%) de indivizi erau purtători a 2 copii ale variantelor de risc APOL1 G1 (603743.0001) și/sau G2 (603743.0002). Dintre acești indivizi din grupul cu risc ridicat, rezultatul primar a survenit la 58%; în grupul cu risc scăzut APOL1 (toate celelalte genotipuri), rezultatul primar a survenit la 37% (raportul de risc în grupul cu risc ridicat, 1,88; p mai mic de 0,001). În cadrul Chronic Renal Insufficiency Cohort (CRIC), Parsa et al. (2013) au evaluat 2 955 de pacienți albi și pacienți de culoare cu insuficiență renală cronică (dintre care 46% aveau diabet zaharat) pentru rezultatele primare ale pantei ratei estimate de filtrare glomerulară (eGFR) și ale rezultatului compozit al insuficienței renale în stadiu terminal sau o reducere de 50% a eGFR față de valoarea inițială. Pacienții de culoare au fost genotipate pentru alelele de risc G1 și G2. În cadrul studiului CRIC, pacienții de culoare din grupul de risc ridicat APOL1 (270 din totalul de 1.411 pacienți de culoare) au avut un declin mai rapid al eGFR și un risc mai mare de rezultat renal compozit decât pacienții albi, cu sau fără diabet ca și complicație (p mai mic de 0,001 pentru toate comparațiile).

HPR (140210) este o proteină care se leagă de hemoglobină (Hb) și care, împreună cu APOL1, formează un complex proteic numit factor litizant al tripanosomului-1 (TLF1), care joacă un rol important în protecția împotriva Trypanosoma brucei. Utilizând fiber-FISH, testul raportului de paralogi și datele array-CGH, Hardwick et al. (2014) au confirmat că gena HPR este variabilă în ceea ce privește numărul de copii, duplicarea HPR apărând la frecvențe polimorfe în Africa de Vest și Centrală, până la o frecvență a alelei de 15 %. Nivelurile ridicate de duplicare HPR s-au suprapus peste regiunea geografică în care tripanosomiaza africană umană cronică este endemică. Deși duplicarea HPR a fost oarecum subtransmisă la copiii afectați de tripanosomioză de la părinți neafectați din Republica Democrată Congo, subtransmiterea a devenit semnificativă din punct de vedere statistic atunci când a fost evaluată împreună cu alelele APOL1 la acești copii.

Ko et al. (2013) au secvențiat o regiune APOL1 de 1,4 kb care cuprinde ultimul exon, care codifică domeniile de formare a porilor, de adresare a membranei și de interacțiune cu SRA, la 187 de persoane din 10 populații africane diverse din punct de vedere geografic și etnic. Aceștia au identificat 38 de variante, inclusiv 15 SNP nesinonime și un indel de 6-bp care elimină 2 aminoacizi (adică alela G2). Trei dintre aceste 16 variante au apărut în domeniul de formare a porilor, 5 au apărut în domeniul de adresare la membrană, iar 6, inclusiv variantele G1 și G2, au apărut în domeniul de interacțiune cu SRA. Frecvențele alelelor G2 au fost similare în toate populațiile (3% până la 8%), în timp ce alela G1 a fost comună doar la Yoruba din Africa de Vest (39%). Ko et al. (2013) au identificat, de asemenea, 8 situri polimorfe în dezechilibru puternic de legătură, pe care le-au numit haplotipul G3, în toate populațiile, cu excepția Yoruba din Africa de Vest. Haplotipul G3 părea să fie supus unei presiuni selective puternice în populația Fulani din Africa de Vest, care practică creșterea vitelor și care este probabil să fi fost supusă în trecut unei infecții severe cu T. b. gambiense. O selecție mai slabă pentru haplotipul G3 a fost constatată la populațiile Borana, Hadza și Iraqw din Africa de Est, care sunt supuse infecției cu T. b. rhodesiense.