Besivystanti apolipoproteino L1 nefropatijos istorija: pradžios pabaiga

Santrauka|APOL1, koduojančio apolipoproteiną L1 (APOL1), genetiniai kodavimo variantai buvo nustatyti 2010 m. ir yra gana paplitę tarp Afrikos į pietus nuo Sacharos kilusių asmenų. Maždaug 13% afroamerikiečių turi du APOL1 rizikos alelius. Šie variantai, vadinami G1 ir G2, yra dažniinkstų ligos priežastis- vadinama APOL1 nefropatija, kuri paprastai pasireiškia židinine segmentine glomeruloskleroze ir klinikinehipertenzijos sindromasirarterionefrosklerozė. Ląstelių kultūros tyrimai rodo, kad APOL1 variantai sukelia ląstelių disfunkciją per kelis procesus, įskaitant katijonų kanalų aktyvumo pokyčius,uždegiminis aktyvinimas,padidėjęs endoplazminio tinklelio stresas, baltymų kinazės R aktyvavimas,mitochondrijų disfunkcija, irAPOL1 ubikvitinilinimo sutrikimas. APOL1 nefropatijos rizika dažniausiai apsiriboja asmenims, turintiems du APOL1 rizikos variantus. Tačiau tik nedaugeliui asmenų, turinčių du APOL1 rizikos alelius, išsivysto inkstų liga, o tai rodo, kad reikia „antrojo smūgio“. Geriausiai atpažįstamas veiksnys, atsakingas už šį „antrąjį smūgį“, yra lėtinė virusinė infekcija, ypač ŽIV-1, dėl kurios interferonas suaktyvina APOL1 promotorių, nors dauguma asmenų, sergančių APOL1 nefropatija, neturi akivaizdaus kofaktoriaus. Dabartiniai APOL1 nefropatijų gydymo būdai nėra tinkamisustabdyti lėtinės inkstų ligos progresavimą, irnaujos tikslinės molekulinės terapijosyra klinikiniuose tyrimuose.

NAUJA AUGALINIŲ FORMULIŲ NAUDOJIMAS INKSTŲ LIGAI

Nuo pat jo atradimo 1997 m., mokslinių tyrimų pastangos atskleidė daugialypį apolipoproteino L1 (APOL1) pobūdį ir, svarbiausia, jo poveikį prisitaikymui prie jo.parazitinės ligosirinkstų ligų patogenezė. 2010 m. APOL1 aptikti variantai pagerino mūsų supratimą apie neproporcingąnediabetinės inkstų ligosasmenims, kurių protėviai yra Afrikos į pietus nuo Sacharos1,2. Po sąjungininkų pergalės El Alameine 1942 m. Winstonas Churchillis pasakė: "Tai ne pabaiga. Tai net ne pabaigos pradžia. Bet galbūt tai yra pradžios pabaiga". Dabar, praėjus maždaug dešimtmečiui po APOL1 rizikos variantų atradimo, galbūt pasiekėme savo užduoties, kad suprastume APOL1 nefropatijų spektrą ir mechanizmus, pradžios pabaigą. Tačiau veiksmingų gydymo būdų paieškas pradedame tik dabar.

APOL1 rizikos genotipų, apibrėžtų G1 ir G2 rizikos aleliais, nėra populiacijose, neturinčiose afrikietiškų protėvių, ir greičiausiai jie išsivystė siekiant apsaugoti vežėjus Vakarų Afrikoje nuo afrikinės miego ligos. Žmonių iš Vakarų ir Centrinės Afrikos išsisklaidymas į Ameriką ir Karibų jūros salas dėl transatlantinės vergų prekybos ir naujesnės migracijos lėmė visuotinį APOL1 variantų pasiskirstymą4,5. Todėl aleliai yra paplitę tarp afroamerikiečių, o bendras alelių dažnis yra maždaug 34%6,7. Ryšys tarp APOL1 variantų ir inkstų funkcijos nėra visiškai suprantamas. Pastebėjimas, kad funkcinis (ne pseudogenizuotas) APOL1 genas egzistuoja tik keliose Afrikos primatų rūšyse, ir identifikuotas APOL{13}}nulis individas, kurio inkstų funkcija normali, rodo, kad šis genas nėra reikalingas normaliai inkstų funkcijai8,9 . Iš šios perspektyvos atrodo, kad APOL1 kodavimo variantai, susiję su inkstų liga, yra „disfunkcijos padidėjimo“ variantai8, 10. Taigi natūrali atranka Afrikos į pietus nuo Sacharos populiacijose greičiausiai suformavo šį lokusą, subalansuodama teigiamą variantų poveikį tripanosominiam imunitetui ir žalingą poveikį inkstų funkcijai11. Be poveikio pirminėms glomerulų ligoms, šie genetiniai variantai taip pat gali pakeisti kitų inkstų ir ekstrarenalinių būklių, tokių kaip inkstų transplantatas, vainikinių arterijų liga, kardiomiopatija ir preeklampsija12–15, rezultatus.

Šioje apžvalgoje apibendrinamos įžvalgos, gautos iš per pastarąjį dešimtmetį atliktų tyrimų apie APOL1 variantų vaidmenį sergant inkstų liga, ir pateikiamas išvadų, kurios turėtų atsirasti ateinančiais metais, kontekstas. Mes aprašome pagrindinius APOL1 žinių bazės aspektus, ypač sutelkdami dėmesį į atradimus, labiausiai susijusius su nefrologija, pabrėždami mūsų supratimą apie APOL1 variantų genetiką, baltymų struktūrą ir biologines funkcijas bei jų sąsajas su širdies ir inkstų liga.

Pagrindiniai punktai

• Priešingai nei kiti APOL šeimos nariai, kurie pirmiausia yra tarpląsteliniai, APOL1 turi unikalų sekrecinį signalinį peptidą, dėl kurio jis išsiskiria į plazmą.

• APOL1 inkstų rizikos aleliai apsaugo afrikietišką žmogaus tripanosomiazę, bet yra progresuojančios inkstų ligos rizikos veiksnys tiems, kurie turi du rizikos alelius.

• APOL1 rizikos alelių dažnis yra ~35% afroamerikiečių populiacijoje JAV, ~13% asmenų turi du rizikos alelius; didžiausi alelių dažniai randami Vakarų Afrikos populiacijose ir jų palikuonyse.

• Ląstelių ir pelių modeliai yra susiję su endolizosomų ir mitochondrijų disfunkcija, pakitusiu jonų kanalų aktyvumu, pakitusia autofagija ir baltymo kinazės R aktyvacija APOL{0}}susijusios inkstų ligos patogenezėje; tačiau šių sužalojimo būdų svarba žmonių ligoms neišspręsta.

• APOL1 inkstų liga linkusi progresuoti, o dabartinės standartinės terapijos paprastai yra neveiksmingos; tikslinės terapinės strategijos duoda daugiausiai vilčių.

APOL1 baltymas

1997 m. mokslininkai, siekę nustatyti ApoA1-turinčių lipoproteinų baltymų komponentus, kurių yra didelio tankio lipoproteinų (DTL) dalelėse, išskyrė naują baltymą, pavadintą ApoL16. Po ketverių metų jie apibūdino tris papildomus APOL šeimos narius, ApoL I–IV (dabar vadinamas APOL 1–4). APOL šeima dar labiau išsiplėtė 2001 m., kai dvi grupės klonavo APOL genų klasterį 22 chromosomoje, kuri taip pat koduoja APOL5 ir APOL6 (nuorodos 17, 18). Nors kai kurie mokslininkai ir toliau naudoja „ApoL“, atitinkantį baltymų terminologiją iš lipoproteinų srities, šioje apžvalgoje naudojame HUGO genų nomenklatūros komiteto rekomenduojamą žmogaus baltymų (APOL) ir genų (APOL) nomenklatūrą ir stilių.

APOL1 RNR ekspresuojama daugelyje audinių18. APOL1 yra unikalus tarp APOL genų, koduodamas sekrecinį signalinį peptidą, dėl kurio APOL1 išsiskiria į plazmą (1a pav.). Tačiau APOL1 yra žmonėms ir keliuose Senojo pasaulio primatuose, bet kituose žinduoliuose jo nėra, o tai rodo, kad APOL1 greičiausiai atsirado dėl tandeminio geno dubliavimosi primatų evoliucijos metu maždaug prieš 30 milijonų metų19.

2009 m. APOL šeimos narių tyrimai parodė, kad APOL1–6 yra žmonių organizme ir kad sparti paprastų primatų evoliucija įvyko srityse, susijusiose su šeimininko ir parazito sąveika. Pavyzdžiui, APOL1 sekos, turinčios greitos evoliucijos įrodymų, yra APOL1 domene arba šalia jo, kuris sąveikauja su serumo atsparumo antigenu (SRA) tripanosomose, o tai greičiausiai atspindi užsitęsusį šeimininko ir parazito sąveikos laikotarpį20.

APOL1 variantų evoliucija

Didelė ŠKL ir inkstų nepakankamumo našta, ypač stulbinančiai dažnas židininės segmentinės glomerulosklerozės (FSGS) ir su ŽIV susijusios nefropatijos (HIVAN) dažnis tarp afroamerikiečių rodo, kad tam tikri rizikos variantai gali būti atsakingi ir kad tokie variantai gali būti praturtinti. apie afrikietiškus paveldėtus haplotipus. 2008 dviejuose tyrimuose buvo taikoma mišinių sudarymo strategija, siekiant nustatyti afrikietiškos kilmės chromosomų segmentus, praturtintus pacientams, kuriems nustatyta biopsija patvirtinta FSGS ir nediabetinis inkstų nepakankamumas. Viena grupė nustatė 22 chromosomos regioną, kurio centre yra MYH9, kuris buvo stipriai susijęs su FSGS ir ŽIVAN; ši išvada buvo pakartota pacientams, sergantiems hipertenzine nefroskleroze ir nediabetiniu inkstų nepakankamumu, bet ne pacientams, sergantiems su diabetu susijusiu inkstų nepakankamumu21. Kita grupė nustatė tą patį Afrikos protėvių ryšio regioną 22 chromosomoje su nediabetiniu inkstų nepakankamumu, bet panašiai – ne pacientams, sergantiems su diabetu susijusiu inkstų nepakankamumu22. Dėl šių išvadų po 2 metų buvo atrasti afrikai būdingi APOL1 geno, kuris yra greta MYH9, variantų. Dviejuose tyrimuose buvo nustatyti trys APOL1 variantai, esantys netoliese esančioje APOL1 C-galo SRA surišančioje srityje (1a pav.), kurie pirmiausia yra atsakingi už ryšį su inkstų liga1. Du variantų haplo tipai buvo pavadinti G1 ir G2, o G1 (rs73885319 ir rs60910145) sudaro du nesinoniminiai kodavimo variantai (Ser342Gly, Ile384Met), o G2 (rs71785313), susidedantis iš šešių delecijos aminorūgščių dviejų bazių. ištrynimai: del Asn388 ir del Tyr3891. Vakarų afrikiečiams ir jų naujausiems palikuonims du aleliai (G1 ir G2) sudaro du bendrus variantų haplotipus ir vieną nedažną haplotipą (1b pav.) 13. Protėvių haplotipas vadinamas G0 ir neturi G1 ar G2 variantų1,13. Nesant G0, rizikos variantai parodė stiprų ryšį su FSGS, nediabetiniu inkstų nepakankamumu ir ŽIVAN, todėl buvo padaryta išvada, kad jie prisideda prie bendros didesnės šių inkstų sutrikimų rizikos afroamerikiečių 1, 2, 13 pav. 1c).

Funkcijos praradimas arba disfunkcijos padidėjimas

Išskyrus vieną Pietų Afrikos tyrimą, kuris parodė dominuojantį G1 ryšį su HIVAN23, didžiuliai atvejo kontrolės ir kohortų tyrimų duomenys rodo, kad APOL1 rizikos variantai atitinka recesyvinį paveldėjimo modelį. Dauguma recesyvinių alelių yra susiję su genų funkcijos praradimu; tačiau kai kurie įrodymai rodo, kad APOL1 variantai gali prieštarauti šiai paradigmai. Nors bent vienas tyrimas in vitro nepastebėjo toksiškumo po APOL1 rizikos variantų ekspresijos inkstų ląstelėse, patvirtinančio funkcijos praradimo mechanizmą24, dauguma tyrimų rodo, kad APOL1 rizikos aleliai vadovaujasi disfunkcijos padidėjimo mechanizmu8,9. Vienas modelis rodo, kad APOL1 multimerizacija įgalina recesyvinį paveldėjimo būdą su G1 ir G2 disfunkcijos padidėjimu ir G0 toksiškumo slopinimu (25 nuoroda). Kitas tyrimas26 pranešė, kad G0 išsaugo nuo G1 ir G2 toksiškumo pernešdamas the baltymų variantai iš endoplazminio tinklo į citoplazmą ant lipidų lašelių; šis modelis rodo, kad G{{0}} gali veikti kaip dominuojantis toksiškumo slopintuvas, oligomerizuodamas su baltymų variantais ir tarnaudamas kaip chaperonas. Kiti nustatė, kad G1 ir G2, bet ne G0, sudaro multimerus mitochondrijų matricoje ir sukelia ląstelių mirtį, suaktyvindami mitochondrijų pralaidumo perėjimo poras27. Visai neseniai mokslininkai pasiūlė modelį, kuriame rizikos aleliai yra susiję su padidėjusiu katijonų permeazės aktyvumu, palyginti su etaloniniu genotipu28.

1 pav.|APOL1 domenai ir variantai. a|APOL1 baltymas turi keturis funkcinius domenus ir signalinį peptidą, kuris reikalingas kepenų gaminamo APOL1 sekrecijai į plazmą. APOL1 formos, kurioms trūksta signalinio peptido dėl alternatyvaus splaisingo, išlaikomos kaip tarpląsteliniai baltymai. G1 ir G2 variantų izoformos yra pagrindiniai APOL{8}}sukeliamos lėtinės inkstų ligos (LIL) veiksniai. Dviejų missense mutacijų (Ser342Gly ir Ile384Met) buvimas nukleotidų sekoje, koduojančioje su serumo atsparumu susijusį baltymą surišantį APOL1 domeną, sukuria G1 variantą, o 6 bazių porų delecija, dėl kurios prarandamos dvi aminorūgštys (delAsn388). ir delTry389) generuoja G2 variantą. b|Trys inkstų rizikos variantai sudaro tik keturis pastebėtus haplotipus. Dėl trijų su liga susijusių alelių fizinio artumo, rekombinacijos įvykių nepastebėta, todėl G1 ir G2 aleliai yra vienas kitą nesuderinami ir neatsiranda kartu toje pačioje chromosomoje. G1 ir G2 haplotipai būdingi individams, kurių protėviai yra į pietus nuo Sacharos, o protėvių G0 haplotipas randamas visose pasaulio populiacijose. Haplotipo dažniai rodomi sveikiems afroamerikiečių gyventojams7. c|Jautrumas ir atsparumas (atitinkamai raudonu ir mėlynu atspalviu) ūminei žmogaus afrikinei tripanosomozei (HAT), kurią sukelia Trypanosoma brucei rhodesiense, ir lėtinei HAT, kurią sukelia Tb gambiense, ir APOL{28}}susijusios CKD rizika skiriasi priklausomai nuo funkcijos. APOL1 haplotipo. Heterozigotiniams arba homozigotiniams G{{30}} alelio nešiotojams nekyla didesnė inkstų ligos rizika. 1 arba 2 G1 alelio kopijų nešiotojai yra jautrūs Tb gambiense infekcijai, tačiau jiems mažesnė tikimybė, kad išsivystys HAT simptomai; šios apsauginės asociacijos mechanizmas nežinomas. G2 varianto baltymas efektyviai lizuoja Tb rhodesiense in vitro, taip apribodamas G2 nešiotojų infekciją. Žmonėms, turintiems G1/G1, G2/G2 ir G1/G2 genotipus, CKD rizika yra didesnė. Tam tikromis nedažnomis aplinkybėmis (pavyzdžiui, asmenims, sergantiems negydyta ŽIV infekcija), G1/G0 asmenims taip pat gali padidėti CKD rizika.

Pažymėtina, kad natūraliai pasitaikančių G1 ir G2 haplotipų palyginimas su dirbtiniais haplotipais, naudojamais eksperimentiniuose modeliuose, parodė, kad yra aminorūgščių pokyčių kituose natūraliai atsirandančių žiedinių G1 ir G2 haplotipų domenuose, kurių nebuvo dažniausiai naudojamame dirbtiniame etaloniniame dokumente. haplotipas 29. Šie natūraliai atsirandantys, susieti variantai veikia ekspresuoto baltymo savybes ir keičia rizikos alelių sukeliamo toksiškumo laipsnį. Šie radiniai patvirtina toksiškumo padidėjimo hipotezę ir toliau paaiškina, kodėl kai kurie tyrimai nepastebėjo padidėjusio toksiškumo rizikos variantuose29. 2020 tyrime nustatyta, kad APOL1 rizikos aleliai turi nuo dozės priklausomą toksinį poveikį žmogaus embriono inksto HEK293 ląstelėms, todėl prarandamas ląstelių gyvybingumas, ląstelė išbrinksta ir sutrinka energijos apykaitos reguliavimas30. Šių poveikių nesumažino bendra G0 ekspresija, o tai patvirtina nuostatą, kad APOL1 rizikos aleliai įgyja toksiškumą, kai padidėja funkcija.