Развојна прича о аполипопротеин Л1 нефропатији: Крај почетка

Абстрацт|Варијанте генетског кодирања у АПОЛ1, који кодира аполипопротеин Л1 (АПОЛ1), идентификоване су 2010. године и релативно су честе међу појединцима подсахарског афричког порекла. Отприлике 13% Афроамериканаца носи два алела ризика АПОЛ1. Ове варијанте, назване Г1 и Г2, су честеузрок болести бубрега- названа АПОЛ1 нефропатија - која се обично манифестује као фокална сегментна гломерулосклероза и клиничкасиндром хипертензијеиартерионефросклероза. Студије ћелијске културе сугеришу да варијанте АПОЛ1 узрокују дисфункцију ћелија кроз неколико процеса, укључујући промене у активности катјонских канала,активација инфламасома,повећан стрес ендоплазматског ретикулума, активација протеин киназе Р,митохондријална дисфункција, ипоремећај убиквитинилације АПОЛ1. Ризик од АПОЛ1 нефропатије углавном је ограничен на особе са две варијанте ризика АПОЛ1. Међутим, само мањина особа са два алела ризика АПОЛ1 развије болест бубрега, што указује на потребу за 'другим ударцем'. Најпознатији фактор одговоран за овај 'други погодак' је хронична вирусна инфекција, посебно ХИВ-1, која резултира интерфероном посредованом активацијом АПОЛ1 промотера, иако већина особа са АПОЛ1 нефропатијом нема очигледан кофактор. Тренутне терапије за АПОЛ1 нефропатије нису адекватнезауставити напредовање хроничне болести бубрега, инове циљане молекуларне терапијесу у клиничким испитивањима.

НОВА БИЉНА ФОРМУЛАЦИЈА ЗА БОЛЕСТИ БУБРЕГА

Од његовог открића 1997. године, истраживачки напори су открили вишеструку природу аполипопротеина Л1 (АПОЛ1) и, што је најважније, његове импликације на адаптацију напаразитске болестианд тхепатогенеза болести бубрега. Откриће варијанти у АПОЛ1 2010. побољшало је наше разумевање несразмерне распрострањеностинедијабетичке болести бубрегакод особа са подсахарским афричким пореклом1,2. После савезничке победе код Ел Аламејна 1942. године, Винстон Черчил је рекао: „То није крај. Није чак ни почетак краја. Али то је, можда, крај почетка“. Сада, отприлике деценију након открића варијанти ризика АПОЛ1, можда смо стигли до краја почетка у нашем задатку да разумемо спектар и механизме АПОЛ1 нефропатија. Међутим, тек сада почињемо потрагу за ефикасним третманима.

Генотипови ризика АПОЛ1, дефинисани алелима ризика Г1 и Г2, одсутни су у популацијама без афричког порекла и вероватно су еволуирали да заштите носиоце у западној Африци од афричке болести спавања. Дисперзија људи из Западне и Централне Африке у Америку и Карипска острва као последица трансатлантске трговине робљем и новије миграције довела је до глобалне дистрибуције АПОЛ1 варијанти4,5. Алели су стога уобичајени међу Афроамериканцима, са комбинованом фреквенцијом алела од приближно 34%6,7. Веза између варијанти АПОЛ1 и функције бубрега није у потпуности схваћена. Опажање да функционални (непсеудогенизовани) АПОЛ1 ген постоји у само неколико афричких врста примата и идентификација АПОЛ1-нуле индивидуе са нормалном функцијом бубрега сугерише да овај ген није потребан за нормалну функцију бубрега8,9 . Из ове перспективе, чини се да варијанте кодирања АПОЛ1 повезане са бубрежном болешћу представљају варијанте „добитка дисфункције“8,10. Дакле, природна селекција у популацијама субсахарске Африке вероватно је обликовала овај локус балансирајући корисне ефекте варијанти на трипаносомални имунитет са штетним ефектима на функцију бубрега11. Поред ефеката на примарне гломеруларне болести, ове генетске варијанте могу такође модификовати исходе у другим бубрежним и екстрареналним стањима, као што су алотрансплантати бубрега, коронарна артеријска болест, кардиомиопатије и прееклампсија12–15.

Овај преглед резимира увиде стечене истраживањем током протекле деценије о улози варијанти АПОЛ1 у болести бубрега и пружа контекст за налазе за које се очекује да ће се појавити у наредним годинама. Описујемо главне аспекте базе знања АПОЛ1, посебно фокусирајући се на налазе најрелевантније за нефрологију са нагласком на нашем разумевању генетике, структуре протеина и биолошких функција АПОЛ1 варијанти и њихове повезаности са кардиореналном болешћу.

Кључне тачке

• За разлику од осталих чланова породице АПОЛ, који су првенствено интрацелуларни, АПОЛ1 садржи јединствени секреторни сигнални пептид, што резултира његовом секрецијом у плазму.

• Алели ризика за бубреге АПОЛ1 штите афричку хуману трипаносомозу, али су фактор ризика за прогресивно обољење бубрега код оних који носе два алела ризика.

• Учесталост алела ризика АПОЛ1 је ~35% у популацији Афроамериканаца у Сједињеним Државама, са ~13% појединаца који имају два алела ризика; највише фреквенције алела налазе се у западноафричким популацијама и њиховим потомцима.

• Ћелијски и мишји модели имплицирају ендолизозомалну и митохондријалну дисфункцију, измењену активност јонских канала, измењену аутофагију и активацију протеин киназе Р у патогенези болести бубрега повезане са АПОЛ{0}}; међутим, релевантност ових путева повреде за људске болести није решена.

• АПОЛ1 болест бубрега има тенденцију да буде прогресивна, а тренутне стандардне терапије су генерално неефикасне; циљане терапијске стратегије највише обећавају.

АПОЛ1 протеин

Године 1997. истраживачи који су покушавали да идентификују протеинске компоненте АпоА1-који садрже липопротеине – који су присутни у честицама липопротеина високе густине (ХДЛ) – изоловали су нови протеин, који је назван АпоЛ16. Четири године касније, описали су три додатна члана породице АПОЛ, АпоЛ И–ИВ (сада назван АПОЛ 1–4). Породица АПОЛ се даље проширила 2001. године када су две групе клонирале кластер гена АПОЛ на хромозому 22, који такође кодира АПОЛ5 и АПОЛ6 (рефс17,18). Иако неки истраживачи настављају да користе „АпоЛ“, у складу са терминологијом протеина из области липопротеина, у овом прегледу користимо номенклатуру и стил за хумане протеине (АПОЛ) и гене (АПОЛ) 17 коју препоручује Комитет за номенклатуру гена ХУГО.

АПОЛ1 РНК се експримује у многим ткивима18. АПОЛ1 је јединствен међу генима АПОЛ у кодирању секреторног сигналног пептида, што резултира излучивањем АПОЛ1 у плазму (слика 1а). Међутим, АПОЛ1 је присутан код људи и неколико примата Старог света, али је иначе одсутан код других сисара, што указује да је АПОЛ1 вероватно настао тандемском дупликацијом гена током еволуције примата пре око 30 милиона година19.

Године 2009, студије чланова породице АПОЛ показале су да је АПОЛ1–6 присутан код људи и да се брза еволуција међу приматима мајмуна догодила у доменима укљученим у интеракције домаћин-паразит. У АПОЛ1, на пример, секвенце са доказима брзе еволуције су присутне у домену АПОЛ1 или поред њега, који ступа у интеракцију са антигеном серумске резистенције (СРА) у трипанозомима, вероватно одражавајући продужени период интеракција домаћин-паразит20.

Еволуција варијанти АПОЛ1

Висок терет ЦКД-а и отказивања бубрега - посебно, запањујуће висока учесталост фокалне сегментне гломерулосклерозе (ФСГС) и нефропатије повезане са ХИВ-ом (ХИВАН) - међу Афроамериканцима сугерише да су одређене варијанте ризика вероватно одговорне и да би такве варијанте могле бити обогаћене о афричким наслеђеним хаплотиповима. У 2008, две студије су користиле стратегију мапирања смеша за идентификацију хромозомских сегмената афричког порекла обогаћене код пацијената са биопсијом потврђеним ФСГС-ом и недијабетичком бубрежном инсуфицијенцијом. Једна група је идентификовала регион на хромозому 22, усредсређен на МИХ9, који је био снажно повезан са ФСГС и ХИВАН; овај налаз је реплициран код пацијената са хипертензивном нефросклерозом и недијабетичком бубрежном инсуфицијенцијом, али не и код пацијената са отказивањем бубрега повезаним са дијабетесом21. Друга група је идентификовала исти регион повезивања афричког порекла на хромозому 22 са недијабетичком инсуфицијенцијом бубрега, али на сличан начин, не и код пацијената са отказивањем бубрега повезаним са дијабетесом22. Ови налази су довели до открића 2 године касније варијанти специфичних за Африку у гену АПОЛ1, који је у близини МИХ9. Две студије су идентификовале три варијанте АПОЛ1 у близини у Ц-терминалном СРА-везујућем домену АПОЛ1 (слика 1а) као примарно одговорне за повезаност са болешћу бубрега1. Две варијанте хапло типа су назване Г1 и Г2, при чему Г1 (рс73885319 и рс60910145) садржи две несинонимне варијанте кодирања (Сер342Гли, Иле384Мет), а Г2 (рс71785313) који се састоји од две аминокиселинске делеције. брисања: дел Асн388 и дел Тир3891. Код Западноафриканаца и њихових недавних потомака, два алела (Г1 и Г2) формирају два уобичајена варијантна хаплотипа и један ретки хаплотип (слика 1б) 13. Хаплотип предака се назива Г0 и не носи Г1 или Г2 варијанте1,13. У недостатку Г0, варијанте ризика су показале снажну повезаност са ФСГС, недијабетичком затајењем бубрега и ХИВАН-ом, што је довело до закључка да доприносе укупном већем ризику од ових поремећаја бубрега код Афроамериканаца1,2,13 (Сл. 1ц).

Губитак функције или добијање дисфункције

Осим једне јужноафричке студије, која је показала доминантну повезаност Г1 са ХИВАН23, неодољиви докази из студија контроле случајева и кохортних студија сугеришу да варијанте ризика АПОЛ1 прате рецесивни модел наслеђивања. Већина рецесивних алела је повезана са губитком функције гена; међутим, неки докази сугеришу да би варијанте АПОЛ1 могле да се супротставе овој парадигми. Иако најмање једна ин витро студија није приметила токсичност након експресије АПОЛ1 варијанти ризика у ћелијама бубрега, подржавајући механизам губитка функције24, већина студија сугерише да алели ризика АПОЛ1 прате механизам повећања дисфункције8,9. Један модел сугерише да мултимеризација АПОЛ1 омогућава рецесиван начин наслеђивања са ефектима појачања дисфункције за Г1 и Г2 и супресијом токсичности помоћу Г0 (реф.25). Друга студија26 известила је да Г0 спасава Г1 и Г2 токсичност тако што преносие варијантне протеине од ендоплазматског ретикулума до цитоплазме на липидним капљицама; овај модел сугерише да Г{{0}} може деловати као доминантни супресор токсичности олигомеризацијом са варијантним протеинима и служећи као пратилац. Други су открили да Г1 и Г2, али не и Г0, формирају мултимере у митохондријском матриксу и индукују ћелијску смрт активирањем прелазних пора митохондријалне пермеабилности27. У скорије време, истраживачи су предложили модел у којем су алели ризика повезани са повећаном активношћу катионске пермеазе у поређењу са референтним генотипом28.

Фиг. 1|АПОЛ1 домени и варијанте. а|АПОЛ1 протеин има четири функционална домена и сигнални пептид, који је неопходан за излучивање АПОЛ1 произведеног у јетри у плазму. Облици АПОЛ1 којима недостаје сигнални пептид због алтернативног спајања се задржавају као интрацелуларни протеини. Изоформе варијанте Г1 и Г2 су примарни покретачи хроничне болести бубрега (ЦКД) посредоване АПОЛ{8}. Присуство две мисенсе мутације (Сер342Гли и Иле384Мет) у нуклеотидној секвенци која кодира домен АПОЛ1 који везује протеине повезан са серумском резистенцијом генерише Г1 варијанту, док делеција од 6 базних парова доводи до губитка две аминокиселине (делАсн388 и делТри389) генерише Г2 варијанту. б|Три варијанте ризика за бубреге формирају само четири уочена хаплотипа. Због блиске физичке близине три алела повезана са болешћу, догађаји рекомбинације нису примећени и стога се алели Г1 и Г2 међусобно искључују и не појављују се заједно на истом хромозому. Хаплотипови Г1 и Г2 су јединствени за појединце са подсахарским пореклом, док се хаплотип предака Г0 налази у свим глобалним популацијама. Приказане су фреквенције хаплотипа за здраву афроамеричку популацију7. ц|Осетљивост и отпорност (означене црвеним и плавим нијансама, респективно) на акутну афричку трипаносомијазу код људи (ХАТ) узроковану Трипаносома бруцеи рходесиенсе и хронични ХАТ узрокован Тб гамбиенсе, и ризик од ХББ-а повезане са АПОЛ{28}}, варирају у зависности од функције хаплотипа АПОЛ1. Хетерозиготни или хомозиготни носиоци алела Г{{30}} нису под повећаним ризиком од болести бубрега. Носиоци 1 или 2 копије Г1 алела су подложни инфекцији Тб гамбиенсе, али је мања вероватноћа да ће развити симптоме ХАТ; механизам ове заштитне асоцијације је непознат. Г2 варијантни протеин ефикасно лизира Тб рходесиенсе ин витро, чиме се ограничава инфекција код Г2 носилаца. Људи са генотиповима Г1/Г1, Г2/Г2 и Г1/Г2 су под повећаним ризиком од ЦКД. У одређеним неуобичајеним окружењима (на пример, код особа са нелеченом ХИВ инфекцијом), особе Г1/Г0 такође могу бити под повећаним ризиком од ЦКД.

Треба напоменути да је поређење природно присутних Г1 и Г2 хаплотипова са вештачким хаплотиповима коришћеним у експерименталним моделима показало постојање промена аминокиселина у другим доменима природно насталих хаплотипова прстена Г1 и Г2 које нису биле присутне у уобичајено коришћеним вештачким, референтним хаплотип29. Ове природне повезане варијанте утичу на својства експримираног протеина и модификују степен токсичности посредоване алелом ризика. Ови налази подржавају хипотезу о повећању токсичности и додатно објашњавају зашто неке студије не примећују повећану токсичност са варијантама ризика29. Студија 2020 открила је да алели ризика АПОЛ1 имају токсичне ефекте зависне од дозе у ћелијама ХЕК293 бубрега људског ембриона, што доводи до губитка виталности ћелије, отицања ћелија и дисрегулације енергетског метаболизма30. Ови ефекти нису ослабљени ко-експресијом Г0, подржавајући идеју да алели ризика АПОЛ1 добијају токсичност на начин добијања функције.