Povestea în evoluție a nefropatiei apolipoproteinei L1: sfârșitul începutului

Rezumat|Variantele de codificare genetică din APOL1, care codifică apolipoproteina L1 (APOL1), au fost identificate în 2010 și sunt relativ comune în rândul indivizilor de ascendență africană sub-sahariană. Aproximativ 13% dintre afro-americani poartă două alele de risc APOL1. Aceste variante, denumite G1 și G2, sunt frecventecauza bolii renale- denumită nefropatie APOL1 - care se manifestă de obicei ca glomeruloscleroză segmentară focală și clinicsindromul de hipertensiune arterialăşiarterionefroscleroza. Studiile de cultură celulară sugerează că variantele APOL1 provoacă disfuncții celulare prin mai multe procese, inclusiv modificări ale activității canalului cationic,activarea inflamasomului,stres crescut la reticulul endoplasmatic, activarea proteinei kinazei R,disfuncție mitocondrială, șiperturbarea ubiquitinilării APOL1. Riscul de nefropatie APOL1 este limitat în mare parte la indivizii cu două variante de risc APOL1. Cu toate acestea, doar o minoritate de indivizi cu două alele de risc APOL1 dezvoltă boală renală, ceea ce sugerează necesitatea unei „al doilea hit”. Cel mai bine recunoscut factor responsabil pentru această „a doua lovitură” este o infecție virală cronică, în special HIV-1, care are ca rezultat activarea mediată de interferon a promotorului APOL1, deși majoritatea persoanelor cu nefropatie APOL1 nu au un cofactor evident. Terapiile actuale pentru nefropatiile APOL1 nu sunt adecvatestoparea progresiei bolii renale cronice, șinoi terapii moleculare țintitesunt în studii clinice.

NOUA FORMULAȚIE PENTRU BOLILE DE RINCHI

De la descoperirea sa în 1997, eforturile de cercetare au dezvăluit natura multifațetă a apolipoproteinei L1 (APOL1) și, mai ales, implicațiile acesteia pentru adaptarea laboli parazitareiar celpatogeneza bolilor de rinichi. Descoperirea variantelor în APOL1 în 2010 ne-a îmbunătățit înțelegerea prevalenței disproporționate aboli de rinichi non-diabeticela indivizii cu ascendență africană subsahariană1,2. După victoria Aliaților de la El Alamein în 1942, Winston Churchill a spus „Nu este sfârșitul. Nu este nici măcar începutul sfârșitului. Dar este, poate, sfârșitul începutului”. Acum, la aproximativ un deceniu de la descoperirea variantelor de risc APOL1, am ajuns probabil la sfârșitul începutului sarcinii noastre de a înțelege spectrul și mecanismele nefropatiilor APOL1. Cu toate acestea, abia acum începem căutarea unor tratamente eficiente.

Genotipurile de risc APOL1, definite de alelele de risc G1 și G2, sunt absente în populațiile fără ascendență africană și probabil au evoluat pentru a proteja purtătorii din Africa de Vest de boala somnului africană. Dispersia oamenilor din Africa de Vest și Centrală către Americi și insulele Caraibe, ca o consecință a comerțului transatlantic cu sclavi și a migrației mai recente, a condus la distribuția globală a variantelor APOL14,5. Prin urmare, alelele sunt comune printre afro-americani, cu o frecvență combinată a alelelor de aproximativ 34%6,7. Asocierea dintre variantele APOL1 și funcția rinichilor este incomplet înțeleasă. Observația că o genă funcțională (nepseudogenizată) APOL1 există doar la câteva specii de primate africane și identificarea unui individ APOL1-nul cu funcție renală normală sugerează că această genă nu este necesară pentru funcționarea normală a rinichilor8,9 . Din această perspectivă, variantele de codificare APOL1 asociate cu boala renală par să reprezinte variante de „câștig de disfuncție”8,10. Astfel, selecția naturală în populațiile din Africa sub-sahariană a modelat probabil acest locus prin echilibrarea efectelor benefice ale variantelor asupra imunității tripanozomale cu efectele dăunătoare asupra funcției renale11. Pe lângă efectele asupra bolilor glomerulare primare, aceste variante genetice ar putea modifica, de asemenea, rezultatele în alte afecțiuni renale și extrarenale, cum ar fi alogrefele de rinichi, boala coronariană, cardiomiopatiile și preeclampsia12-15.

Această revizuire rezumă informațiile obținute din cercetările din ultimul deceniu cu privire la rolul variantelor APOL1 în bolile de rinichi și oferă context pentru descoperirile care se așteaptă să apară în următorii ani. Descriem aspectele principale ale bazei de cunoștințe APOL1, în special concentrându-ne pe constatările cele mai relevante pentru nefrologie, cu accent pe înțelegerea noastră a geneticii, structurii proteinelor și funcțiilor biologice ale variantelor APOL1 și asocierile acestora cu boala cardiorenală.

Puncte cheie

• Spre deosebire de alți membri ai familiei APOL, care sunt în principal intracelulare, APOL1 conține o peptidă semnal secretorie unică, rezultând secreția sa în plasmă.

• Alelele de risc renal APOL1 protejează tripanosomiaza umană africană, dar sunt un factor de risc pentru boala renală progresivă la cei care poartă două alele de risc.

• Frecvența alelelor de risc APOL1 este de ~35% în populația afro-americană din Statele Unite, cu ~13% dintre indivizi având două alele de risc; cele mai mari frecvențe ale alelelor se găsesc la populațiile din Africa de Vest și descendenții acestora.

• Modelele de celule și șoarece implică disfuncția endolizozomală și mitocondrială, activitatea canalului ionic alterat, autofagia alterată și activarea proteinei kinazei R în patogeneza bolii renale asociate cu APOL1-; cu toate acestea, relevanța acestor căi de vătămare pentru boala umană nu a fost rezolvată.

• Boala de rinichi APOL1 tinde să fie progresivă, iar terapiile standard actuale sunt în general ineficiente; strategiile terapeutice vizate sunt cele mai promițătoare.

Proteina APOL1

În 1997, cercetătorii care încercau să identifice componentele proteice ale lipoproteinelor care conțin ApoA1-- care sunt prezente în particulele de lipoproteine ​​de înaltă densitate (HDL) - au izolat o nouă proteină, care a fost denumită ApoL16. Patru ani mai târziu, au descris trei membri suplimentari ai familiei APOL, ApoL I–IV (denumit acum APOL 1–4). Familia APOL s-a extins și mai mult în 2001, când două grupuri au donat grupul de gene APOL pe cromozomul 22, care codifică și APOL5 și APOL6 (refs17,18). Deși unii cercetători continuă să folosească „ApoL”, în concordanță cu terminologia proteinelor din domeniul lipoproteinelor, în această revizuire folosim nomenclatura și stilul recomandate de Comitetul de nomenclatură genetică HUGO pentru proteinele umane (APOL) și genele (APOL) 17.

ARN-ul APOL1 este exprimat în multe țesuturi18. APOL1 este unic printre genele APOL în codificarea unei peptide semnal secretoare, rezultând secreția de APOL1 în plasmă (Fig. 1a). Cu toate acestea, APOL1 este prezent la oameni și la mai multe primate din Lumea Veche, dar este absent la alte mamifere, ceea ce indică faptul că APOL1 a apărut probabil prin duplicarea genelor în tandem în timpul evoluției primatelor cu aproximativ 30 de milioane de ani în urmă19.

În 2009, studiile asupra membrilor familiei APOL au arătat că APOL1-6 sunt prezente la oameni și că evoluția rapidă în rândul primatelor simiene a avut loc în domeniile implicate în interacțiunile gazdă-parazit. În APOL1, de exemplu, secvențele cu dovezi de evoluție rapidă sunt prezente în sau adiacent domeniului APOL1, care interacționează cu antigenul de rezistență serică (SRA) din tripanozomi, reflectând probabil o perioadă prelungită de interacțiuni gazdă-parazit20.

Evoluția variantelor APOL1

Povara mare a IRC și a insuficienței renale - în special, frecvența uimitor de mare a glomerulosclerozei segmentare focale (FSGS) și a nefropatiei asociate HIV (HIVAN) - în rândul afro-americanilor a sugerat că anumite variante de risc sunt probabil responsabile și că astfel de variante ar putea fi îmbogățite. asupra haplotipurilor moștenite africane. În 2008, două studii au folosit o strategie de cartografiere a amestecurilor pentru a identifica segmentele cromozomiale de origine africană îmbogățite la pacienții cu FSGS confirmată prin biopsie și insuficiență renală non-diabetică. Un grup a identificat o regiune pe cromozomul 22, centrată pe MYH9, care a fost puternic asociată cu FSGS și HIVAN; această constatare a fost replicată la pacienții cu nefroscleroză hipertensivă și insuficiență renală non-diabetică, dar nu și la pacienții cu insuficiență renală asociată diabetului21. Un alt grup a identificat aceeași regiune de legătură a ascendenților africani pe cromozomul 22 cu insuficiență renală non-diabetică, dar, în mod similar, nu la pacienții cu insuficiență renală asociată diabetului22. Aceste descoperiri au condus la descoperirea 2 ani mai târziu a unor variante specifice africane în gena APOL1, care este adiacentă MYH9. Cele două studii au identificat trei variante APOL1 din apropiere în domeniul de legare a SRA C-terminal al APOL1 (Fig. 1a) ca fiind principalele responsabile pentru asocierea cu boala renală1. Cele două tipuri de variante haplo au fost denumite G1 și G2, cu G1 (rs73885319 și rs60910145) cuprinzând două variante de codare non-sinonime (Ser342Gly, Ile384Met) și G2 (rs71785313) constând dintr-un acid de șase aminoacizi care rezultă într-un pair de șase aminoacizi. ștergeri: del Asn388 și del Tyr3891. La vest-africanii și descendenții lor recenti, cele două alele (G1 și G2) formează două haplotipuri variante comune și un haplotip nefrecvent (Fig. 1b) 13. Haplotipul ancestral este numit G0 și nu poartă variante G1 sau G21,13. În absența G0, variantele de risc au arătat o asociere puternică cu FSGS, insuficiență renală non-diabetică și HIVAN, conducând la concluzia că acestea contribuie la riscul general mai mare de apariție a acestor tulburări renale la afro-americani1,2,13 (Fig. 1c).

Pierderea funcției sau câștigul de disfuncție

Cu excepția unui studiu din Africa de Sud, care a arătat o asociere dominantă a G1 cu HIVAN23, dovezi copleșitoare din studii de caz-control și de cohortă sugerează că variantele de risc APOL1 urmează un model recesiv de moștenire. Majoritatea alelelor recesive sunt asociate cu o pierdere a funcției genelor; cu toate acestea, unele dovezi sugerează că variantele APOL1 ar putea contracara această paradigmă. Deși cel puțin un studiu in vitro nu a observat toxicitate în urma exprimării variantelor de risc APOL1 în celulele renale, susținând un mecanism de pierdere a funcției24, majoritatea studiilor sugerează că alelele de risc APOL1 urmează un mecanism de câștig de disfuncție8,9. Un model sugerează că multimerizarea APOL1 permite un mod recesiv de moștenire cu efecte de câștig de disfuncție pentru G1 și G2 și suprimarea toxicității de către G0 (ref.25). Un alt studiu26 a raportat că G0 salvează toxicitatea G1 și G2 prin transportule variante de proteine ​​de la reticulul endoplasmatic la citoplasmă pe picături de lipide; acest model sugerează că G{{0}} poate acționa ca un supresor dominant al toxicității prin oligomerizarea cu proteinele variante și servind ca însoțitor. Alții au descoperit că G1 și G2, dar nu G0, formează multimeri în matricea mitocondrială și induc moartea celulară prin activarea porului de tranziție a permeabilității mitocondriale27. Mai recent, cercetătorii au propus un model în care alelele de risc sunt asociate cu o activitate îmbunătățită a permeazei cationice în comparație cu genotipul de referință28.

Fig. 1|Domeniile și variantele APOL1. a|Proteina APOL1 are patru domenii funcționale și o peptidă semnal, care este necesară pentru secreția APOL1 produsă de ficat în plasmă. Formele de APOL1 cărora le lipsește peptida semnal din cauza îmbinării alternative sunt reținute ca proteine ​​intracelulare. Izoformele variante G1 și G2 sunt factorii principali ai bolii renale cronice (CKD) mediate de APOL1-. Prezența a două mutații missense (Ser342Gly și Ile384Met) în secvența de nucleotide care codifică domeniul de legare a proteinei asociat rezistenței serice a APOL1 generează varianta G1, în timp ce o deleție de 6 perechi de baze care duce la pierderea a doi aminoacizi (delAsn388) și delTry389) generează varianta G2. b|Cele trei variante de risc renal formează doar patru haplotipuri observate. Datorită apropierii fizice apropiate a celor trei alele asociate bolii, evenimentele de recombinare nu au fost observate și, prin urmare, alelele G1 și G2 se exclud reciproc și nu apar împreună pe același cromozom. Haplotipurile G1 și G2 sunt unice pentru indivizii cu ascendență sub-sahariană, în timp ce haplotipul ancestral G0 se găsește în toate populațiile globale. Frecvențele haplotipului sunt prezentate pentru o populație afro-americană sănătoasă7. c|Susceptibilitatea și rezistența (indicate prin umbrirea roșie și, respectiv, albastră) la tripanosomiaza africană (HAT) acută umană cauzată de Trypanosoma brucei rhodesiense și HAT cronică cauzată de Tb gambiense și riscul de BRC asociată APOL1-variază ca funcție a haplotipului APOL1. Purtătorii heterozigoți sau homozigoți ai alelei G{{30}} nu prezintă un risc crescut de boală renală. Purtătorii a 1 sau 2 copii ale alelei G1 sunt susceptibili la infecția cu Tb gambiense, dar sunt mai puțin susceptibili de a dezvolta simptome de HAT; mecanismul acestei asocieri protectoare este necunoscut. Proteina variantă G2 lizează eficient Tb rhodesiense in vitro, limitând astfel infecția la purtătorii G2. Persoanele cu genotipuri G1/G1, G2/G2 și G1/G2 prezintă un risc crescut de CKD. În anumite situații mai puțin frecvente (de exemplu, la persoanele cu infecție HIV netratată), persoanele G1/G0 pot prezenta, de asemenea, un risc crescut de CKD.

De remarcat, o comparație a haplotipurilor G1 și G2 care apar în mod natural cu haplotipurile artificiale utilizate în modelele experimentale a arătat existența modificărilor de aminoacizi în alte domenii ale haplotipurilor inelului natural G1 și G2 care nu au fost prezente în referința artificială utilizată în mod obișnuit. haplotip29. Aceste variante care apar în mod natural afectează proprietățile proteinei exprimate și modifică gradul de toxicitate mediată de alele de risc. Aceste constatări susțin ipoteza câștigului de toxicitate și explică în continuare de ce unele studii nu observă o toxicitate sporită cu variantele de risc29. Un studiu de 2020 a constatat că alelele de risc APOL1 au efecte toxice dependente de doză în celulele HEK293 ale rinichiului embrionar uman, ducând la pierderea viabilității celulare, umflarea celulelor și dereglarea metabolismului energetic30. Aceste efecte nu au fost atenuate de co-exprimarea lui G0, susținând ideea că alelele de risc APOL1 dobândesc toxicitate într-o manieră de creștere a funcției.