Apolipoproteiin L1 nefropaatia arenev lugu: alguse lõpp

Abstraktne|Apolipoproteiin L1 (APOL1) kodeeriva APOL1 geneetilised kodeerimisvariandid tuvastati 2010. aastal ja need on suhteliselt levinud Sahara-taguse Aafrika esivanemate seas. Ligikaudu 13% afroameeriklastest kannavad kahte APOL1 riskialleeli. Need variandid, mida nimetatakse G1 ja G2, on sagedasedneeruhaiguse põhjus- nimetatakse APOL1 nefropaatiaks - mis tavaliselt avaldub fokaalse segmentaalse glomeruloskleroosi ja kliinilisehüpertensiooni sündroomjaarterionefroskleroos. Rakukultuuri uuringud näitavad, et APOL1 variandid põhjustavad rakkude düsfunktsiooni mitme protsessi kaudu, sealhulgas muutused katioonikanalite aktiivsuses,põletikuline aktivatsioon,suurenenud endoplasmaatilise retikulumi stress, proteiinkinaasi R aktiveerimine,mitokondriaalne düsfunktsioonjaAPOL1 ubikvitinüülimise katkestamine. APOL1 nefropaatia risk piirdub enamasti isikutega, kellel on kaks APOL1 riskivarianti. Kuid ainult vähesel osal kahe APOL1 riskialleeliga isikutest areneb neeruhaigus, mis viitab vajadusele "teise tabamuse" järele. Selle „teise tabamuse” kõige paremini äratuntav tegur on krooniline viirusinfektsioon, eriti HIV-1, mille tulemuseks on APOL1 promootori interferooni vahendatud aktivatsioon, kuigi enamikul APOL1 nefropaatiaga inimestel puudub ilmselge kofaktor. Praegused APOL1 nefropaatiate ravimeetodid ei ole piisavadpeatada kroonilise neeruhaiguse progresseeruminejauued suunatud molekulaarteraapiadon kliinilistes uuringutes.

UUS TAIMNE VALMISTUS NEERUHAIGUSTE VAHENDUS

Alates selle avastamisest 1997. aastal on uurimistööd näidanud apolipoproteiin L1 (APOL1) mitmetahulist olemust ja eelkõige selle mõju kohanemiseleparasiithaigusedjaneeruhaiguste patogenees. Variantide avastamine APOL1-st 2010. aastal parandas meie arusaama APOL1 ebaproportsionaalsest levimusest.mittediabeetilised neeruhaigusedSahara-taguse Aafrika esivanematega isikutel1,2. Pärast liitlaste võitu El Alameinis 1942. aastal ütles Winston Churchill: "See ei ole lõpp. See pole isegi lõpu algus. Aga võib-olla on see alguse lõpp". Nüüd, umbes kümme aastat pärast APOL1 riskivariantide avastamist, oleme ehk jõudnud oma ülesande algusesse, et mõista APOL1 nefropaatiate spektrit ja mehhanisme. Kuid me alles alustame tõhusate ravimeetodite otsimist.

APOL1 riskigenotüübid, mis on määratletud G1 ja G2 riskialleelidega, puuduvad populatsioonides, kellel pole Aafrika päritolu, ja need on tõenäoliselt arenenud selleks, et kaitsta Lääne-Aafrika kandjaid Aafrika unetõve eest. Inimeste hajumine Lääne- ja Kesk-Aafrikast Ameerikasse ja Kariibi mere saartele Atlandi-ülese orjakaubanduse ja hiljutise rände tagajärjel on viinud APOL1 variantide ülemaailmse levikuni4,5. Seetõttu on alleelid afroameeriklaste seas tavalised, nende kombineeritud alleelide sagedus on ligikaudu 34% 6,7. Seos APOL1 variantide ja neerufunktsiooni vahel on mittetäielikult mõistetav. Tähelepanek, et funktsionaalne (pseudogeniseerimata) APOL1 geen eksisteerib vaid mõnel Aafrika primaadiliigil, ning normaalse neerufunktsiooniga APOL{13}}null-isendi tuvastamine viitab sellele, et see geen ei ole normaalse neerufunktsiooni jaoks vajalik8,9 . Sellest vaatenurgast näivad neeruhaigusega seotud APOL1 kodeerivad variandid esindavat "düsfunktsiooni suurenemise" variante 8, 10. Seega kujundas Sahara-taguse Aafrika populatsioonide looduslik valik tõenäoliselt seda lookust, tasakaalustades variantide kasulikke mõjusid trüpanosomaalsele immuunsusele kahjuliku mõjuga neerufunktsioonile11. Lisaks mõjule primaarsetele glomerulaarhaigustele võivad need geneetilised variandid muuta tulemusi ka muudes neeru- ja ekstrarenaalsetes seisundites, nagu neeru allotransplantaadid, koronaararterite haigus, kardiomüopaatiad ja preeklampsia12–15.

See ülevaade võtab kokku viimase kümnendi jooksul tehtud uuringutest saadud arusaamad APOL1 variantide rolli kohta neeruhaiguste korral ja annab konteksti järeldustele, mis eeldatavasti ilmnevad lähiaastatel. Kirjeldame APOL1 teadmistebaasi põhiaspekte, keskendudes eelkõige nefroloogia jaoks kõige olulisematele leidudele, rõhuasetusega meie arusaamale APOL1 variantide geneetikast, valgu struktuurist ja bioloogilistest funktsioonidest ning nende seostest kardiorenaalse haigusega.

Põhipunktid

• Erinevalt teistest APOL-i perekonna liikmetest, kes on peamiselt intratsellulaarsed, sisaldab APOL1 ainulaadset sekretoorset signaalpeptiidi, mille tulemusena eritub see plasmasse.

• APOL1 neeruriski alleelid kaitsevad inimese Aafrika trüpanosomiaasi, kuid on kahe riskialleeli kandjatel progresseeruva neeruhaiguse riskifaktor.

• APOL1 riskialleeli esinemissagedus on ~35% afroameeriklaste populatsioonis USA-s, kusjuures ~13%-l isikutest on kaks riskialleeli; kõrgeimad alleelide sagedused on Lääne-Aafrika populatsioonides ja nende järglastes.

• Raku- ja hiiremudelid viitavad endolüsosomaalsele ja mitokondriaalsele düsfunktsioonile, muutunud ioonikanalite aktiivsusele, muutunud autofagiale ja proteiinkinaasi R aktiveerimisele APOL{0}}seotud neeruhaiguse patogeneesis; Siiski ei ole nende vigastusteede olulisust inimeste haiguste suhtes lahendatud.

• APOL1 neeruhaigus kipub olema progresseeruv ja praegused standardravid on üldiselt ebaefektiivsed; sihipärased terapeutilised strateegiad on kõige lubavamad.

APOL1 valk

1997. aastal eraldasid teadlased, kes püüdsid tuvastada ApoA1-sisaldavate lipoproteiine sisaldavate valgukomponente – mis esinevad suure tihedusega lipoproteiini (HDL) osakestes – uudse valgu, mida nimetati ApoL16-ks. Neli aastat hiljem kirjeldasid nad kolme täiendavat APOL-i pereliiget, Apol I–IV (nüüd nimetatakse APOL 1–4). APOL perekond laienes veelgi 2001. aastal, kui kaks rühma kloonisid kromosoomi 22 APOL geeniklastri, mis kodeerib ka APOL5 ja APOL6 (viited 17, 18). Kuigi mõned teadlased kasutavad jätkuvalt "ApoL"-i, mis on kooskõlas lipoproteiinivaldkonna valguterminoloogiaga, kasutame selles ülevaates HUGO geeninomenklatuurikomitee soovitatud nomenklatuuri ja stiili inimese valkude (APOL) ja geenide jaoks (APOL) 17.

APOL1 RNA ekspresseeritakse paljudes kudedes18. APOL1 on APOL geenide hulgas ainulaadne, kuna kodeerib sekretoorset signaalpeptiidi, mille tulemuseks on APOL1 sekretsioon plasmasse (joonis 1a). Kuid APOL1 esineb inimestel ja mitmetel Vana Maailma primaatidel, kuid puudub muul viisil teistel imetajatel, mis näitab, et APOL1 tekkis tõenäoliselt tandemgeeni dubleerimisel primaatide evolutsiooni käigus umbes 30 miljonit aastat tagasi19.

2009. aastal näitasid APOL-i pereliikmete uuringud, et APOL1–6 esineb inimestel ja et ahviliste seas toimus kiire areng peremees-parasiitide vastasmõjuga seotud domeenides. Näiteks APOL1-s esinevad järjestused, millel on tõendeid kiire evolutsiooni kohta, APOL1 domeenis või selle kõrval, mis interakteerub seerumi resistentsuse antigeeniga (SRA) trüpanosoomides, peegeldades tõenäoliselt peremees-parasiidi interaktsioonide pikaajalist perioodi20.

APOL1 variantide areng

Kroonilise neeruhaiguse ja neerupuudulikkuse suur koorem – eriti fokaalse segmentaalse glomeruloskleroosi (FSGS) ja HIV-ga seotud nefropaatia (HIVAN) – silmatorkavalt kõrge esinemissagedus afroameeriklaste seas viitas sellele, et teatud riskivariandid on tõenäoliselt vastutavad ja et selliseid variante võidakse rikastada. Aafrika päritud haplotüüpide kohta. Aastal 2008 kasutati kahes uuringus segude kaardistamise strateegiat, et tuvastada Aafrika päritolu kromosoomi segmente, mis on rikastatud biopsiaga kinnitatud FSGS-i ja mittediabeetilise neerupuudulikkusega patsientidel. Üks rühm tuvastas 22. kromosoomil piirkonna, mille keskmes oli MYH9, mis oli tugevalt seotud FSGS ja HIVANiga; seda leidu korrati hüpertensiivse nefroskleroosi ja mittediabeetilise neerupuudulikkusega patsientidel, kuid mitte diabeediga seotud neerupuudulikkusega patsientidel21. Teine rühm tuvastas sama Aafrika esivanemate seose piirkonna kromosoomil 22 mittediabeetilise neerupuudulikkusega, kuid samamoodi mitte diabeediga seotud neerupuudulikkusega patsientidel22. Need leiud viisid 2 aastat hiljem Aafrika-spetsiifiliste variantide avastamiseni APOL1 geenis, mis külgneb MYH9-ga. Kahes uuringus tuvastati kolm lähedalasuvat APOL1 varianti APOL1 C-terminaalses SRA-siduvas domeenis (joonis 1a), mis on peamiselt vastutavad seose eest neeruhaigusega1. Kahte haplotüübi varianti nimetati G1 ja G2, kusjuures G1 (rs73885319 ja rs60910145) sisaldas kahte mittesünonüümset kodeerivat varianti (Ser342Gly, Ile384Met) ja G2 (rs71785313), mis koosneb kahest deletsioonist koosnevast kahest aminohappest. deletsioonid: del Asn388 ja del Tyr3891. Lääne-aafriklastel ja nende hiljutistel järglastel moodustavad kaks alleeli (G1 ja G2) kaks tavalist haplotüüpi ja ühe harvaesineva haplotüübi (joonis 1b) 13. Esivanemate haplotüüpi nimetatakse G0 ja see ei kanna G1 ega G2 variante1,13. G0 puudumisel näitasid riskivariandid tugevat seost FSGS-i, mittediabeetilise neerupuudulikkuse ja HIVAN-iga, mis viis järeldusele, et need aitavad kaasa nende neeruhaiguste üldisele suuremale riskile afroameeriklastel 1, 2, 13 (joonis 1). 1c).

Funktsiooni kaotus või düsfunktsiooni suurenemine

Välja arvatud üks Lõuna-Aafrika uuring, mis näitas G1 domineerivat seost HIVAN23-ga, näitavad juhtumikontrolli ja kohortuuringute ülekaalukad tõendid, et APOL1 riskivariandid järgivad pärilikkuse retsessiivset mudelit. Enamik retsessiivseid alleele on seotud geenifunktsiooni kadumisega; mõned tõendid viitavad siiski sellele, et APOL1 variandid võivad sellele paradigmale vastu seista. Kuigi vähemalt ühes in vitro uuringus ei täheldatud toksilisust pärast APOL1 riskivariantide ekspressiooni neerurakkudes, toetades funktsiooni kadumise mehhanismi24, näitavad enamik uuringuid, et APOL1 riskialleelid järgivad düsfunktsiooni suurenemise mehhanismi8, 9. Üks mudel viitab sellele, et APOL1 multimerisatsioon võimaldab pärimise retsessiivset moodust koos funktsioonihäirete suurenemisega G1 ja G2 jaoks ning toksilisuse pärssimise G0 poolt (viide 25). Teises uuringus26 teatati, et G0 päästab G1 ja G2 toksilisuse, transportides the variantvalgud endoplasmaatilisest retikulumist tsütoplasmasse lipiiditilkadel; see mudel viitab sellele, et G{{0}} võib toimida domineeriva toksilisuse supressorina, oligomeriseerides variantsete valkudega ja toimides kaperoonina. Teised on leidnud, et G1 ja G2, kuid mitte G0, moodustavad mitokondriaalses maatriksis multimeere ja kutsuvad esile rakusurma, aktiveerides mitokondriaalse läbilaskvuse üleminekupoori27. Hiljuti on teadlased pakkunud välja mudeli, milles riskialleelid on seotud suurenenud katioonide permeaasi aktiivsusega võrreldes võrdlusgenotüübiga28.

Joonis 1|APOL1 domeenid ja variandid. a|APOL1 valgul on neli funktsionaalset domeeni ja signaalpeptiid, mis on vajalikud maksas toodetud APOL1 sekretsiooniks plasmasse. APOL1 vormid, millel puudub alternatiivse splaissimise tõttu signaalpeptiid, säilitatakse rakusiseste valkudena. G1 ja G2 variandi isovormid on APOL{8}}vahendatud kroonilise neeruhaiguse (CKD) peamised tõukejõud. Kahe missense mutatsiooni (Ser342Gly ja Ile384Met) olemasolu APOL1 seerumiresistentsusega seotud valku siduvat domeeni kodeerivas nukleotiidjärjestuses tekitab G1 variandi, samas kui 6 aluspaari deletsioon, mille tulemuseks on kahe aminohappe kadu (delAsn388 ja delTry389) genereerib G2 variandi. b|Kolm neeruriski varianti moodustavad ainult neli täheldatud haplotüüpi. Kolme haigusega seotud alleeli füüsilise läheduse tõttu ei ole rekombinatsiooni sündmusi täheldatud ja seetõttu on G1 ja G2 alleelid üksteist välistavad ega esine koos samas kromosoomis. G1 ja G2 haplotüübid on ainulaadsed Sahara-taguse päritoluga indiviididele, samas kui esivanemate haplotüüpi G0 leidub kõigis globaalsetes populatsioonides. Haplotüübi sagedused on näidatud terve Aafrika-Ameerika elanikkonna jaoks7. c|Tundlikkus ja resistentsus (näidatud vastavalt punase ja sinise varjundiga) Trypanosoma brucei rhodesiense põhjustatud ägeda inimese Aafrika trüpanosomiaasi (HAT) ja Tb gambiense põhjustatud kroonilise HAT suhtes ning APOL{28}}seotud kroonilise neeruhaiguse risk varieeruvad sõltuvalt funktsioonist. APOL1 haplotüübist. G{{30}} alleeli heterosügootsetel või homosügootsetel kandjatel ei ole suurenenud neeruhaiguse risk. G1 alleeli 1 või 2 koopia kandjad on vastuvõtlikud Tb gambiense'i infektsioonile, kuid neil on väiksem tõenäosus HAT sümptomite tekkeks; selle kaitseühenduse mehhanism ei ole teada. G2 variantvalk lüüsib tõhusalt Tb rhodesiense'i in vitro, piirates seeläbi nakatumist G2 kandjates. Inimestel, kellel on G1/G1, G2/G2 ja G1/G2 genotüüp, on suurenenud kroonilise neeruhaiguse risk. Teatud aeg-ajalt esinevates olukordades (näiteks ravimata HIV-nakkusega inimestel) võib G1/G0 isikutel olla ka suurenenud kroonilise neeruhaiguse risk.

Märkimisväärne on see, et looduslikult esinevate G1 ja G2 haplotüüpide võrdlus eksperimentaalsetes mudelites kasutatud tehislike haplotüüpidega näitas aminohappemuutuste olemasolu looduslikult esinevate tsükli G1 ja G2 haplotüüpide teistes domeenides, mida tavaliselt kasutatavas kunstlikus võrdlusaluses ei esinenud. haplotüüp 29. Need looduslikult esinevad seotud variandid mõjutavad ekspresseeritud valgu omadusi ja muudavad riskialleelide poolt vahendatud toksilisuse astet. Need leiud toetavad toksilisuse suurenemise hüpoteesi ja selgitavad veelgi, miks mõned uuringud ei tähelda riskivariantide suurenenud toksilisust29. 2020 uuringus leiti, et APOL1 riskialleelidel on inimese embrüonaalse neeru HEK293 rakkudes annusest sõltuv toksiline toime, mille tulemuseks on rakkude elujõulisuse kaotus, rakkude turse ja energia metabolismi düsregulatsioon30. Neid mõjusid ei nõrgendanud G0 koosekspressioon, toetades arvamust, et APOL1 riskialleelid omandavad toksilisuse funktsiooni suurendamise viisil.