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

TEXT

Genen APOL1 kodar för apolipoprotein L-I (apoL-I), ett humanspecifikt apolipoprotein i serum som är bundet till HDL-partiklar (HDL) (sammanfattning av Perez-Morga et al., 2005). Detta apolipoprotein dödar den afrikanska trypanosomen Trypanosoma brucei brucei, utom underarter som är anpassade till människor (T. b. rhodesiense, T. b. gambiense). Genovese et al. (2010) fann att APOL1 som bär på afrikanska populationsspecifika mutationer kan lysera T. b. rhodesiense; dessa mutationer var också förknippade med ökad känslighet för fokal segmentell glomeruloskleros hos afroamerikaner (se FSGS4, 612551).

Baserat på peptidsekvenser av ett nytt högdensitetslipoprotein klonade Duchateau et al. (1997) cDNAs som kodar för APOL. cDNA:n kodar för en polypeptid på 383 aminosyror som innehåller en sekretorisk signalpeptid på 12 aminosyror. Genom Northern blot-analys upptäcktes ett APOL-transkript på 1,3 kb i bukspottkörteln men inte i några andra mänskliga vävnader. Affinitetsimmunosorption visade att APOL inte är fritt i plasma utan är associerat med lipoproteiner som innehåller APOA1 (107680). APOL hittades i lipoproteinfraktioner med hög densitet.

Genom sekvensering av ett antal APOL1-kloner identifierade Duchateau et al. (2001) en mindre splicevariant som inkluderar exon 2. Denna variant förutsäger ett protein som innehåller en signalpeptid med 43 residuer. Det vanligare transkriptet, som saknar exon 2, förutsäger ett protein med en signalpeptid med 27-residualer. Genom mRNA-dot blot-analys fann de att APOL1 uttrycks i en mängd olika vävnader, det enda undantaget var fosterhjärnan. Kvantitativ RT-PCR, som återspeglar summan av båda splicevarianterna, visade det högsta uttrycket i lungan.

Med hjälp av genomisk sekvensanalys identifierade Page et al. (2001) APOL1 inom APOL-genklustret. Det förutspådda proteinet med 398 aminosyror har en beräknad molekylmassa på 43,9 kD. De noterade att APOL-proteinerna delar betydande identitet inom de förutspådda amfipatiska alfahelikterna. Semikvantitativ RT-PCR visade att APOL1 uttrycks överallt, med högsta nivåer i lungor, mjälte, prostata och placenta, och svagt uttryck i fosterhjärna och bukspottkörtel. In situ-hybridisering av mänsklig placenta avslöjade uttryck i alla tre vävnadslagren, inklusive basalplattan, cytiotrophoblasten och chorionplattan.

Med hjälp av Northern blot-analys upptäckte Monajemi et al. (2002) det högsta uttrycket av ett 3-kb APOL1-transkript i placenta, lunga och lever, med lågt uttryck i hjärtat och minimalt uttryck i bukspottkörteln. In situ-hybridisering av mänsklig kärlvävnad visade APOL1-uttryck i endotelceller och möjligen i makrofager.

Duchateau et al. (2001) fastställde att APOL1-genen innehåller 7 exoner och sträcker sig över 14 kb. Promotorregionerna för APOL1-, APOL2-, APOL3- (607253) och APOL4-generna har minst en SP1- (189906) plats, ett antal AP1- (165160) och AP4- (600743) platser, minst en GC-box, flera zinkfingerbindande platser och minst en plats för sterolreglerande elementbindande protein (se 184756). Var och en innehåller minst två bevarade initiatorsekvenser. De vanligaste promotorregionerna är TATA-fria med flera transkriptionsinitieringsställen.

Med hänvisning till homologi inom introniska sekvenser drog Monajemi et al. (2002) slutsatsen att genklustret APOL1, APOL2, APOL3 och APOL4 är resultatet av tandemgenduplikation, medan APOL5 (607255) och APOL6 (607256) är mer avlägset besläktade.

Med hjälp av genomisk sekvensanalys kartlade Duchateau et al. (2001) APOL1 till kromosom 22q12.1-q13.1. Den är belägen i ett kluster med APOL2, APOL3 och APOL4 som sträcker sig över 127 kb. APOL1 ligger i motsatt orientering till de andra tre. Page et al. (2001) fann att APOL-klustret innehåller 6 gener och sträcker sig över 619 kb.

I sin figur 3 har Mimmack et al. (2002) schemalagt den genomiska organisationen av APOL-genfamiljen på kromosom 22q12.3. COMT-genen (116790) på kromosom 22q11 ligger 15,2 Mb från APOL6-genen, som är belägen i den telomeriska änden av APOL-genklustret. APOL1-genen ligger i klustrets telomeriska ände.

Monajemi et al. (2002) upptäckte en 10-faldig uppreglering av APOL1 i endotelceller från humana navelsträngsvener efter stimulering med tumörnekrosfaktor-alfa (TNFA; 191160).

I en mikroarrayanalys av genuttryck i den prefrontala cortexen från schizofrena hjärnor (181500) och kontrollhjärnor fann Mimmack et al. (2002) en signifikant uppreglering av APOL1-, APOL2- (607252) och APOL4- (607254) generna.

Den mänskliga sömnsjukan i Östafrika orsakas av parasiten Trypanosoma brucei rhodesiense. Grunden för denna patologi är att dessa parasiter är motståndskraftiga mot lysering av normalt mänskligt serum. Resistens mot normalt humant serum ges av en gen som kodar för en trunkerad form av den variant av ytglykoprotein som kallas serumresistensassocierat protein (SRA). Vanhamme et al. (2003) visade att SRA är ett lysosomalt protein och att SRA:s N-terminala alfa-helix är ansvarig för resistens mot normalt humant serum. Denna domän interagerar starkt med en karboxyterminal alfa-helix av APOL1. Om APOL1 utarmas från normalt humanserum genom inkubation med SRA eller antikroppar mot APOL1 förlorades den trypanolytiska aktiviteten helt och hållet. Tillsats av nativ eller rekombinant APOL1 antingen till APOL1-utarmat normalt humant serum eller till fetalt kalvserum ledde till lysis av trypanosomer som är känsliga för normalt humant serum, men inte resistenta mot normalt humant serum. Konfokal mikroskopi visade att APOL1 tas upp genom den endocytiska vägen till lysosomen. Vanhamme et al. (2003) föreslog att APOL1 är trypanosomernas lytiska faktor i normalt humant serum och att SRA ger resistens mot lysis genom interaktion med APOL1 i lysosomen.

Perez-Morga et al. (2005) visade att apolipoprotein L-1 innehåller en membranporebildande domän som funktionellt liknar den hos bakteriella coliciner, flankerad av en membranadresserande domän. I lipidbilayer-membran bildade apolipoprotein L-1 anjonkanaler. I Trypanosoma brucei var apolipoprotein L-1 riktat mot lysosomalmembranet och utlöste depolarisering av detta membran, kontinuerligt inflöde av klorid och efterföljande osmotisk svullnad av lysosomen tills trypanosomen lyserades.

Genovese et al. (2010) visade att hos afroamerikaner är fokal segmentell glomeruloskleros (FSGS; 603278) och hypertonisk tillskriven terminal njursjukdom (ESRD) förknippade med två oberoende sekvensvarianter i APOL1-genen på kromosom 22 (FSGS-oddsförhållande = 10,5, 95 % KI, 6,0-18,4; ESRD-oddsförhållande = 7,3, 95 % KI, 5,6-9,5). De två APOL1-varianterna är vanliga på afrikanska kromosomer men saknas på europeiska kromosomer, och båda finns i haplotyper som har signaturer av positivt urval. APOL1 är en serumfaktor som lyserar trypanosomer. In vitro-analyser visade att endast de njursjukdomsassocierade APOL1-varianterna lyserade Trypanosoma brucei rhodesiense. Genovese et al. (2010) spekulerade i att evolutionen av en kritisk överlevnadsfaktor i Afrika kan ha bidragit till den höga andelen njursjukdomar hos afroamerikaner. Den starkaste signalen erhölls för en 2-locus allel, kallad G1 (613743.0001), som består av två härledda nonsynonyma kodningsvarianter: rs73885319 (ser342 till gly) och rs60910145 (ile384 till met), båda i det sista exonet av APOL1. Dessa två alleler befinner sig i perfekt ojämlikhet. G1-allelen (342G:384M) hade en frekvens på 52 % hos 205 FSGS-fall och 18 % hos 180 kontroller (p = 1,07 x 10(-23)). När Genovese et al. (2010) utförde logistisk regression för att kontrollera för G1 identifierade de en andra stark signal, en 6-bp-deletion, rs71785313, som de kallade G2 (613743.0002), nära G1, som tog bort aminosyrorna N388 och Y389. På grund av närheten mellan rs73885319, rs60910145 och rs71785313 är allelerna G1 och G2 ömsesidigt uteslutande; rekombination mellan dem är mycket osannolik. Genovese et al. (2010) fann att G1 och G2 är i stark LD med varianter i MYH9 (160775). I synnerhet MYH9 E-1 haplotypen, som är den bästa prediktoren för njursjukdom i tidigare studier (se FSGS4, 612551), finns i de flesta haplotyper som innehåller G1- eller G2-allelen. Specifikt finns E-1 i 89 % av haplotyperna med G1 och i 76 % av haplotyperna med G2, vilket förklarar sambandet mellan MYH9 E-1 och njursjukdom. Sambandet av njursjukdom med MYH9 haplotypen försvann efter kontroll för APOL1-riskvarianterna. En jämförelse mellan deltagare med noll eller 1 riskallel av APOL1 och deltagare med 2 riskalleler gav en oddskvot för FSGS på 10,5 (KI, 6,0-18,4). Denna analys stödde ett helt recessivt nedärvningsmönster.

Tzur et al. (2010) identifierade på samma sätt APOL1 SNPs rs73885319 och rs60910145 som riskfaktorer för njursjukdom i slutstadiet i den afroamerikanska befolkningen. Eftersom de två missense-varianterna befinner sig i nästan perfekt kopplingsobalans drog författarna slutsatsen att de enbart på populationsgenetisk grund kan betraktas som en ”missense-riskhaplotyp”.

Parsa et al. (2013) utförde 2 studier som undersökte effekterna av varianter i APOL1-genen på utvecklingen av kronisk njursjukdom. I African American Study of Kidney Disease and Hypertension (AASK) undersöktes 693 svarta patienter med kronisk njursjukdom som tillskrivs hypertoni för ett primärt utfall av sammansatt njursjukdom i slutskedet eller en fördubbling av serumkreatininnivån. Totalt 160 (23 %) individer bar på två kopior av APOL1-riskvarianterna G1 (603743.0001) och/eller G2 (603743.0002). Av dessa individer i högriskgruppen inträffade det primära utfallet hos 58 %; i APOL1-lågriskgruppen (alla andra genotyper) inträffade det primära utfallet hos 37 % (hazardkvot i högriskgruppen, 1,88; p mindre än 0,001). I Chronic Renal Insufficiency Cohort (CRIC) utvärderade Parsa et al. (2013) 2 955 vita och svarta patienter med kronisk njursjukdom (46 % av dem hade diabetes) för de primära utfallen lutning av den uppskattade glomerulära filtrationshastigheten (eGFR) och kompositvärdet för njursjukdom i slutstadiet eller en minskning av eGFR med 50 % från baslinjen. Svarta patienter genotypades för riskallelerna G1 och G2. I CRIC-studien hade svarta patienter i APOL1-högriskgruppen (270 av totalt 1 411 svarta patienter) en snabbare minskning av eGFR och en högre risk för det sammansatta njurutfallet än vita patienter, med eller utan diabetes som komplikation (p mindre än 0,001 för alla jämförelser).

HPR (140210) är ett hemoglobin (Hb)-bindande protein som tillsammans med APOL1 bildar ett proteinkomplex som kallas trypanosome lytic factor-1 (TLF1), vilket spelar en viktig roll i skyddet mot Trypanosoma brucei. Med hjälp av fiber-FISH, paralogförhållandetestet och array-CGH-data bekräftade Hardwick et al. (2014) att HPR-genen är variabel i fråga om antalet kopior, med duplicering av HPR som förekommer i polymorfa frekvenser i Väst- och Centralafrika, upp till en allelfrekvens på 15 %. Höga nivåer av HPR-duplikation överlappade den geografiska region där kronisk mänsklig afrikansk trypanosomiasis är endemisk. Även om HPR-duplikationen var något undertransmitterad till barn som drabbats av trypanosomiasis från icke drabbade föräldrar i Demokratiska republiken Kongo, blev undertransmissionen statistiskt signifikant när den bedömdes tillsammans med alleler av APOL1 hos dessa barn.

Ko et al. (2013) sekvenserade en 1,4 kb APOL1-region som omfattar det sista exonet, som kodar för de porbildande, membranadresserande och SRA-interagerande domänerna, hos 187 individer från 10 geografiskt och etniskt olika afrikanska populationer. De identifierade 38 varianter, inklusive 15 icke-synonyma SNP:er och en 6-bp indel som tar bort 2 aminosyror (dvs. G2-allelen). Tre av dessa 16 varianter förekom i den porbildande domänen, 5 förekom i den membranadresserande domänen och 6, inklusive G1- och G2-varianterna, förekom i den SRA-interagerande domänen. Allelfrekvenserna för G2 var liknande i alla populationer (3-8 %), medan G1-allelen endast var vanlig i västafrikanska Yoruba (39 %). Ko et al. (2013) identifierade också 8 polymorfa platser i stark kopplingsobalans, som de kallade G3 haplotypen, i alla populationer utom västafrikanska Yoruba. G3-haplotypen verkade vara under starkt selektivt tryck i den västafrikanska Fulani-populationen, som bedriver boskapsskötsel och sannolikt har utsatts för allvarlig infektion av T. b. gambiense i det förflutna. Svagare selektion för haplotypen G3 hittades i de östafrikanska populationerna Borana, Hadza och Iraqw, som är utsatta för infektion av T. b. rhodesiense.