Kisah Berkembang Nefropati Apolipoprotein L1: Pengakhiran Permulaan

Abstrak|Varian pengekodan genetik dalam APOL1, yang mengekod apolipoprotein L1 (APOL1), telah dikenal pasti pada tahun 2010 dan agak biasa di kalangan individu keturunan Afrika sub-Sahara. Kira-kira 13% orang Afrika Amerika membawa dua alel risiko APOL1. Varian ini, yang dipanggil G1 dan G2, adalah kerappunca penyakit buah pinggang- disebut nefropati APOL1 - yang biasanya menjelma sebagai glomerulosklerosis segmental fokus dan klinikalsindrom hipertensidanarterionephrosclerosis. Kajian kultur sel mencadangkan bahawa varian APOL1 menyebabkan disfungsi sel melalui beberapa proses, termasuk perubahan dalam aktiviti saluran kation,pengaktifan inflammasom,peningkatan tekanan retikulum endoplasma, pengaktifan protein kinase R,disfungsi mitokondria, dangangguan APOL1 ubiquitinylation. Risiko nefropati APOL1 kebanyakannya terhad kepada individu yang mempunyai dua varian risiko APOL1. Walau bagaimanapun, hanya sebilangan kecil individu yang mempunyai dua alel risiko APOL1 mengalami penyakit buah pinggang, mencadangkan keperluan untuk 'hit kedua'. Faktor yang paling diiktiraf yang bertanggungjawab untuk 'hit kedua' ini ialah jangkitan virus kronik, terutamanya HIV-1, mengakibatkan pengaktifan pengantara interferon bagi penganjur APOL1, walaupun kebanyakan individu dengan nefropati APOL1 tidak mempunyai kofaktor yang jelas. Terapi semasa untuk nefropati APOL1 tidak mencukupi untukmenghentikan perkembangan penyakit buah pinggang kronik, danterapi molekul sasaran baharusedang dalam ujian klinikal.

FORMULASI HERBA BARU UNTUK PENYAKIT BUAH PINGGANG

Sejak penemuannya pada tahun 1997, usaha penyelidikan telah mendedahkan sifat pelbagai rupa apolipoprotein L1 (APOL1) dan, terutamanya, implikasinya untuk penyesuaian kepadapenyakit parasitdanpatogenesis penyakit buah pinggang. Penemuan varian dalam APOL1 pada tahun 2010 meningkatkan pemahaman kita tentang kelaziman yang tidak seimbangpenyakit buah pinggang bukan diabetespada individu yang mempunyai keturunan Afrika sub-Sahara1,2. Berikutan kemenangan Berikat di El Alamein pada tahun 1942, Winston Churchill berkata "Ia bukan pengakhiran. Ia bukan permulaan akhir. Tetapi ia, mungkin, penghujung permulaan". Kini, sekitar sedekad selepas penemuan varian risiko APOL1, kami mungkin telah mencapai penghujung permulaan dalam tugas kami untuk memahami spektrum dan mekanisme nefropati APOL1. Namun, kini kami baru memulakan pencarian untuk rawatan yang berkesan.

Genotip risiko APOL1, yang ditakrifkan oleh alel risiko G1 dan G2, tidak terdapat dalam populasi tanpa keturunan Afrika dan berkemungkinan berkembang untuk melindungi pembawa di Afrika Barat daripada penyakit tidur Afrika. Penyebaran orang dari Afrika Barat dan Tengah ke Amerika dan kepulauan Caribbean akibat daripada perdagangan hamba trans-Atlantik dan penghijrahan yang lebih baru telah membawa kepada pengedaran global varian APOL14,5. Oleh itu, alel adalah biasa di kalangan orang Afrika Amerika, dengan kekerapan alel gabungan kira-kira 34% 6,7. Perkaitan antara varian APOL1 dan fungsi buah pinggang tidak difahami sepenuhnya. Pemerhatian bahawa gen APOL1 berfungsi (bukan pseudogenized) hanya wujud dalam beberapa spesies primat Afrika dan pengenalpastian individu APOL1-null dengan fungsi buah pinggang yang normal menunjukkan bahawa gen ini tidak diperlukan untuk fungsi buah pinggang yang normal8,9 . Dari perspektif ini, varian pengekodan APOL1 yang dikaitkan dengan penyakit buah pinggang nampaknya mewakili varian "keuntungan disfungsi"8,10. Oleh itu, pemilihan semula jadi dalam populasi sub-Sahara Afrika berkemungkinan membentuk lokus ini dengan mengimbangi kesan berfaedah varian pada imuniti trypanosomal dengan kesan buruk terhadap fungsi buah pinggang11. Selain kesan pada penyakit glomerular primer, varian genetik ini juga mungkin mengubah suai hasil dalam keadaan buah pinggang dan ekstrarenal yang lain, seperti allograf buah pinggang, penyakit arteri koronari, kardiomiopati, dan preeklampsia12–15.

Tinjauan ini meringkaskan cerapan yang diperoleh daripada penyelidikan sepanjang dekad yang lalu tentang peranan varian APOL1 dalam penyakit buah pinggang dan menyediakan konteks untuk penemuan yang dijangka muncul pada tahun-tahun akan datang. Kami menerangkan aspek utama pangkalan pengetahuan APOL1, khususnya memfokuskan pada penemuan yang paling relevan dengan nefrologi dengan penekanan pada pemahaman kami tentang genetik, struktur protein, dan fungsi biologi varian APOL1 dan kaitannya dengan penyakit kardiorenal.

Perkara utama

• Berbeza dengan ahli keluarga APOL yang lain, yang terutamanya intraselular, APOL1 mengandungi peptida isyarat rembesan yang unik, mengakibatkan rembesannya ke dalam plasma.

• Alel risiko buah pinggang APOL1 melindungi trypanosomiasis manusia Afrika tetapi merupakan faktor risiko penyakit buah pinggang progresif pada mereka yang membawa dua alel risiko.

• Kekerapan alel risiko APOL1 ialah ~35% dalam populasi Afrika Amerika di Amerika Syarikat, dengan ~13% individu mempunyai dua alel risiko; frekuensi alel tertinggi terdapat dalam populasi Afrika Barat dan keturunan mereka.

• Model sel dan tetikus membabitkan disfungsi endolisosomal dan mitokondria, aktiviti saluran ion yang diubah, autophagy yang diubah dan pengaktifan protein kinase R dalam patogenesis APOL1-penyakit buah pinggang yang berkaitan; walau bagaimanapun, perkaitan laluan kecederaan ini kepada penyakit manusia belum dapat diselesaikan.

• Penyakit buah pinggang APOL1 cenderung menjadi progresif, dan terapi standard semasa umumnya tidak berkesan; strategi terapeutik yang disasarkan memegang paling menjanjikan.

Protein APOL1

Pada tahun 1997, penyelidik yang ingin mengenal pasti komponen protein ApoA1-yang mengandungi lipoprotein - yang terdapat dalam zarah lipoprotein berketumpatan tinggi (HDL) - mengasingkan protein baru, yang dinamakan ApoL16. Empat tahun kemudian, mereka menerangkan tiga ahli keluarga APOL tambahan, ApoL I–IV (kini dipanggil APOL 1–4). Keluarga APOL berkembang lagi pada tahun 2001 apabila dua kumpulan mengklon kluster gen APOL pada kromosom 22, yang juga mengekod APOL5 dan APOL6 (refs17,18). Walaupun sesetengah penyelidik terus menggunakan "ApoL", selaras dengan terminologi protein daripada medan lipoprotein, dalam Kajian ini kami menggunakan tatanama dan gaya yang disyorkan oleh Jawatankuasa Tatanama Gene HUGO untuk protein manusia (APOL) dan gen (APOL) 17.

RNA APOL1 dinyatakan dalam banyak tisu18. APOL1 adalah unik di kalangan gen APOL dalam pengekodan peptida isyarat rembesan, mengakibatkan rembesan APOL1 ke dalam plasma (Rajah 1a). Walau bagaimanapun, APOL1 terdapat pada manusia dan beberapa primata Dunia Lama, tetapi sebaliknya tidak terdapat pada mamalia lain, menunjukkan bahawa APOL1 mungkin timbul melalui pertindihan gen bersamaan semasa evolusi primata sekitar 30 juta tahun yang lalu19.

Pada tahun 2009, kajian ahli keluarga APOL menunjukkan bahawa APOL1-6 terdapat pada manusia dan evolusi pesat di kalangan primata simian berlaku dalam domain yang terlibat dalam interaksi hos-parasit. Dalam APOL1 sebagai contoh, jujukan dengan bukti evolusi pesat terdapat dalam atau bersebelahan dengan domain APOL1, yang berinteraksi dengan antigen rintangan serum (SRA) dalam trypanosom, mungkin mencerminkan tempoh interaksi hos-parasit yang berpanjangan20.

Evolusi varian APOL1

Beban CKD dan kegagalan buah pinggang yang tinggi - khususnya, frekuensi tinggi glomerulosklerosis segmental fokus (FSGS) dan nefropati berkaitan HIV (HIVAN) yang sangat tinggi - di kalangan orang Afrika Amerika mencadangkan bahawa varian risiko tertentu mungkin bertanggungjawab dan varian tersebut mungkin diperkaya. pada haplotip yang diwarisi Afrika. Dalam 2008, dua kajian menggunakan strategi pemetaan campuran untuk mengenal pasti segmen kromosom asal Afrika yang diperkaya pada pesakit dengan FSGS yang disahkan biopsi dan kegagalan buah pinggang bukan diabetes. Satu kumpulan mengenal pasti rantau pada kromosom 22, berpusat pada MYH9, yang sangat dikaitkan dengan FSGS dan HIVAN; penemuan ini telah direplikasi pada pesakit dengan nefrosklerosis hipertensi dan kegagalan buah pinggang bukan diabetes, tetapi tidak pada pesakit dengan kegagalan buah pinggang yang berkaitan dengan diabetes21. Kumpulan lain mengenal pasti rantau hubungan keturunan Afrika yang sama pada kromosom 22 dengan kegagalan buah pinggang bukan diabetes tetapi begitu juga, bukan pada pesakit dengan kegagalan buah pinggang yang berkaitan dengan diabetes22. Penemuan ini membawa kepada penemuan 2 tahun kemudian var ian khusus Afrika dalam gen APOL1, yang bersebelahan dengan MYH9. Kedua-dua kajian mengenal pasti tiga varian APOL1 berdekatan dalam domain pengikat SRA-terminal C APOL1 (Rajah 1a) sebagai bertanggungjawab terutamanya untuk kaitan dengan penyakit buah pinggang1. Kedua-dua jenis haplo varian itu dinamakan G1 dan G2, dengan G1 (rs73885319 dan rs60910145) terdiri daripada dua varian pengekodan tidak sinonim (Ser342Gly, Ile384Met), dan G2 (rs71785313) yang terdiri daripada enam-pasangan asid amino dalam dua pasangan asid amino. pemadaman: del Asn388 dan del Tyr3891. Di Afrika Barat dan keturunan terbaru mereka, dua alel (G1 dan G2) membentuk dua haplotaip varian biasa dan satu haplotaip jarang (Rajah 1b) 13. Haplotaip nenek moyang dipanggil G0 dan tidak membawa varian G1 atau G21,13. Dengan ketiadaan G0, varian risiko menunjukkan persatuan yang kuat dengan FSGS, kegagalan buah pinggang bukan diabetes, dan HIVAN, yang membawa kepada kesimpulan bahawa mereka menyumbang kepada risiko keseluruhan yang lebih tinggi untuk gangguan buah pinggang ini di Afrika Amerika1,2,13 (Rajah). .1c).

Kehilangan fungsi atau mendapat disfungsi

Kecuali untuk satu kajian Afrika Selatan, yang menunjukkan persatuan dominan G1 dengan HIVAN23, bukti yang banyak daripada kajian kawalan kes dan kohort menunjukkan bahawa varian risiko APOL1 mengikuti model warisan resesif. Kebanyakan alel resesif dikaitkan dengan kehilangan fungsi gen; walau bagaimanapun, beberapa bukti menunjukkan bahawa varian APOL1 mungkin menentang paradigma ini. Walaupun sekurang-kurangnya satu kajian in vitro tidak memerhatikan ketoksikan berikutan ekspresi varian risiko APOL1 dalam sel buah pinggang, menyokong mekanisme kehilangan fungsi24, kebanyakan kajian mencadangkan bahawa alel risiko APOL1 mengikuti mekanisme keuntungan disfungsi8,9. Satu model mencadangkan bahawa multimerisasi APOL1 mendayakan mod pewarisan resesif dengan kesan keuntungan daripada disfungsi untuk G1 dan G2 dan penindasan ketoksikan oleh G0 (rujuk.25). Satu lagi kajian26 melaporkan bahawa G0 menyelamatkan ketoksikan G1 dan G2 dengan mengangkut kee varian protein daripada retikulum endoplasma ke sitoplasma pada titisan lipid; model ini mencadangkan bahawa G{{0}} mungkin bertindak sebagai penekan ketoksikan yang dominan dengan mengoligomerkan dengan protein varian dan berfungsi sebagai pendamping. Yang lain telah mendapati bahawa G1 dan G2, tetapi bukan G0, membentuk multimer dalam matriks mitokondria dan mendorong kematian sel dengan mengaktifkan liang peralihan kebolehtelapan mitokondria27. Baru-baru ini, penyelidik telah mencadangkan model di mana alel risiko dikaitkan dengan aktiviti permease kation yang dipertingkatkan berbanding dengan genotip rujukan28.

Rajah 1|Domain dan varian APOL1. a|Protein APOL1 mempunyai empat domain berfungsi dan peptida isyarat, yang diperlukan untuk rembesan APOL1 yang dihasilkan oleh hati ke dalam plasma. Bentuk APOL1 yang tidak mempunyai peptida isyarat kerana penyambungan alternatif dikekalkan sebagai protein intraselular. Isoform varian G1 dan G2 ialah pemacu utama APOL1-penyakit buah pinggang kronik (CKD) pengantaraan. Kehadiran dua mutasi missense (Ser342Gly dan Ile384Met) dalam urutan nukleotida yang mengekod domain pengikat protein APOL1 yang berkaitan dengan rintangan serum menghasilkan varian G1, manakala penghapusan 6 pasangan asas yang mengakibatkan kehilangan dua asid amino (delAsn388 dan delTry389) menjana varian G2. b|Tiga varian risiko buah pinggang hanya membentuk empat haplotip yang diperhatikan. Disebabkan kedekatan fizikal ketiga-tiga alel yang berkaitan dengan penyakit, peristiwa penggabungan semula tidak diperhatikan dan oleh itu alel G1 dan G2 adalah saling eksklusif dan tidak berlaku bersama pada kromosom yang sama. Haplotaip G1 dan G2 adalah unik untuk individu yang mempunyai keturunan sub-Sahara manakala haplotaip G{26}} leluhur ditemui dalam semua populasi global. Kekerapan haplotaip ditunjukkan untuk populasi Afrika Amerika yang sihat7. c|Kerentanan dan rintangan (masing-masing ditunjukkan oleh teduhan merah dan biru) kepada trypanosomiasis Afrika manusia akut (HAT) yang disebabkan oleh Trypanosoma brucei rhodesiense dan HAT kronik yang disebabkan oleh Tb gambiense, dan risiko APOL1-CKD yang berkaitan, berbeza-beza mengikut fungsi daripada haplotaip APOL1. Pembawa heterozigot atau homozigot alel G{{3{{0}} tidak mengalami peningkatan risiko penyakit buah pinggang. Pembawa 1 atau 2 salinan alel G1 terdedah kepada jangkitan oleh Tb gambiense tetapi kurang berkemungkinan mengalami gejala HAT; mekanisme persatuan pelindung ini tidak diketahui. Protein varian G2 secara cekap melisiskan Tb rhodesiense in vitro, dengan itu mengehadkan jangkitan dalam pembawa G2. Orang yang mempunyai genotip G1/G1, G2/G2 dan G1/G2 menghadapi peningkatan risiko CKD. Dalam tetapan luar biasa tertentu (contohnya, pada individu yang mempunyai jangkitan HIV yang tidak dirawat), individu G1/G0 mungkin juga mengalami peningkatan risiko CKD.

Nota, perbandingan haplotip G1 dan G2 yang berlaku secara semula jadi dengan haplotip buatan yang digunakan dalam model eksperimen menunjukkan kewujudan perubahan asid amino dalam domain lain bagi haplotip cincin G1 dan G2 yang wujud secara semula jadi yang tidak terdapat dalam rujukan tiruan yang biasa digunakan. haplotype29. Varian terpaut yang berlaku secara semula jadi ini menjejaskan sifat protein yang dinyatakan dan mengubah suai tahap ketoksikan pengantara alel risiko. Penemuan ini menyokong hipotesis keuntungan-ketoksikan dan seterusnya menjelaskan mengapa sesetengah kajian tidak memerhatikan ketoksikan yang dipertingkatkan dengan varian risiko29. Kajian 2020 mendapati bahawa alel risiko APOL1 mempunyai kesan toksik yang bergantung kepada dos dalam sel HEK293 buah pinggang embrio manusia, mengakibatkan kehilangan daya maju sel, pembengkakan sel dan disregulasi metabolisme tenaga30. Kesan ini tidak dilemahkan oleh ekspresi bersama G0, menyokong tanggapan bahawa alel risiko APOL1 memperoleh ketoksikan dalam cara keuntungan fungsi.