La storia in evoluzione della nefropatia da apolipoproteina L1: la fine dell'inizio

Estratto|Le varianti di codifica genetica in APOL1, che codifica per l'apolipoproteina L1 (APOL1), sono state identificate nel 2010 e sono relativamente comuni tra gli individui di origine africana subsahariana. Circa il 13% degli afroamericani è portatore di due alleli a rischio APOL1. Queste varianti, denominate G1 e G2, sono frequenticausa di malattia renale- denominata nefropatia APOL1 - che si manifesta tipicamente come glomerulosclerosi focale segmentale e sintomi clinicisindrome di ipertensioneEarterionefrosclerosi. Studi su colture cellulari suggeriscono che le varianti di APOL1 causano disfunzioni cellulari attraverso diversi processi, comprese alterazioni nell'attività dei canali cationici,attivazione dell'inflammasoma,aumento dello stress del reticolo endoplasmatico, attivazione della proteina chinasi R,disfunzione mitocondriale, Einterruzione dell'ubiquitinilazione di APOL1. Il rischio di nefropatia APOL1 è per lo più limitato ai soggetti con due varianti di rischio APOL1. Tuttavia, solo una minoranza di individui con due alleli di rischio APOL1 sviluppa una malattia renale, suggerendo la necessità di un “secondo colpo”. Il fattore meglio riconosciuto responsabile di questo "secondo colpo" è un'infezione virale cronica, in particolare l'HIV-1, che determina l'attivazione mediata dall'interferone del promotore APOL1, sebbene la maggior parte degli individui affetti da nefropatia APOL1 non abbia un cofattore evidente. Le attuali terapie per le nefropatie APOL1 non sono adeguatearrestare la progressione della malattia renale cronica, Enuove terapie molecolari miratesono in studi clinici.

NUOVA FORMULAZIONE A BASE DI ERBE PER MALATTIE RENALI

Dalla sua scoperta nel 1997, gli sforzi di ricerca hanno rivelato la natura sfaccettata dell’apolipoproteina L1 (APOL1) e, in particolare, le sue implicazioni per l’adattamento all’apolipoproteina L1 (APOL1).malattie parassitariee ilpatogenesi delle malattie renali. La scoperta di varianti nell’APOL1 nel 2010 ha migliorato la nostra comprensione della prevalenza sproporzionata dimalattie renali non diabetichein individui con origini dell'Africa sub-sahariana1,2. Dopo la vittoria degli Alleati a El Alamein nel 1942, Winston Churchill disse: "Non è la fine. Non è nemmeno l'inizio della fine. Ma è, forse, la fine dell'inizio". Ora, circa un decennio dopo la scoperta delle varianti di rischio APOL1, abbiamo forse raggiunto la fine dell’inizio nel nostro compito di comprendere lo spettro e i meccanismi delle nefropatie APOL1. Tuttavia, stiamo solo ora iniziando la ricerca di trattamenti efficaci.

I genotipi di rischio APOL1, definiti dagli alleli di rischio G1 e G2, sono assenti nelle popolazioni senza origini africane e probabilmente si sono evoluti per proteggere i portatori in Africa occidentale dalla malattia del sonno africana. La dispersione delle popolazioni dall'Africa occidentale e centrale verso le Americhe e le isole dei Caraibi come conseguenza della tratta degli schiavi transatlantica e della migrazione più recente ha portato alla distribuzione globale delle varianti APOL14,5. Gli alleli sono quindi comuni tra gli afroamericani, con una frequenza allelica combinata di circa il 34%6,7. L'associazione tra varianti APOL1 e funzione renale non è completamente compresa. L'osservazione che un gene APOL1 funzionale (non pseudogenizzato) esiste solo in poche specie di primati africani e l'identificazione di un individuo APOL1-null con normale funzione renale suggerisce che questo gene non è richiesto per la normale funzione renale8,9 . Da questo punto di vista, le varianti di codifica APOL1 associate alla malattia renale sembrano rappresentare varianti di "guadagno di disfunzione"8,10. Pertanto, la selezione naturale nelle popolazioni dell’Africa sub-sahariana probabilmente ha modellato questo locus bilanciando gli effetti benefici delle varianti sull’immunità tripanosomica con effetti dannosi sulla funzione renale11. Oltre agli effetti sulle malattie glomerulari primarie, queste varianti genetiche potrebbero anche modificare gli esiti in altre condizioni renali ed extrarenali, come gli allotrapianti di rene, la malattia coronarica, le cardiomiopatie e la preeclampsia12-15.

Questa revisione riassume le conoscenze acquisite dalla ricerca degli ultimi dieci anni sul ruolo delle varianti APOL1 nella malattia renale e fornisce il contesto per i risultati che dovrebbero emergere nei prossimi anni. Descriviamo gli aspetti principali della base di conoscenze di APOL1, concentrandoci in particolare sui risultati più rilevanti per la nefrologia con un'enfasi sulla nostra comprensione della genetica, della struttura proteica e delle funzioni biologiche delle varianti di APOL1 e delle loro associazioni con la malattia cardiorenale.

Punti chiave

• A differenza degli altri membri della famiglia APOL, che sono principalmente intracellulari, APOL1 contiene un peptide segnale secretorio unico, che ne determina la secrezione nel plasma.

• Gli alleli di rischio renale APOL1 proteggono la tripanosomiasi umana africana, ma rappresentano un fattore di rischio per la malattia renale progressiva nei soggetti portatori di due alleli di rischio.

• La frequenza dell'allele di rischio APOL1 è di circa il 35% nella popolazione afroamericana negli Stati Uniti, con circa il 13% degli individui che hanno due alleli di rischio; le frequenze alleliche più elevate si trovano nelle popolazioni dell'Africa occidentale e nei loro discendenti.

• Modelli cellulari e murini implicano disfunzione endolisosomiale e mitocondriale, attività alterata dei canali ionici, autofagia alterata e attivazione della proteina chinasi R nella patogenesi della malattia renale associata ad APOL1-; tuttavia, la rilevanza di queste vie di lesione per le malattie umane non è stata risolta.

• La malattia renale APOL1 tende a essere progressiva e le attuali terapie standard sono generalmente inefficaci; le strategie terapeutiche mirate sono le più promettenti.

La proteina APOL1

Nel 1997, i ricercatori che cercavano di identificare i componenti proteici delle lipoproteine ​​contenenti ApoA1- - che sono presenti nelle particelle di lipoproteine ​​ad alta densità (HDL) - isolarono una nuova proteina, chiamata ApoL16. Quattro anni dopo, descrissero altri tre membri della famiglia APOL, ApoL I–IV (ora chiamati APOL 1–4). La famiglia APOL si espanse ulteriormente nel 2001 quando due gruppi clonarono il cluster del gene APOL sul cromosoma 22, che codifica anche APOL5 e APOL6 (rif. 17,18). Sebbene alcuni ricercatori continuino a utilizzare "ApoL", in linea con la terminologia proteica del campo delle lipoproteine, in questa recensione utilizziamo la nomenclatura e lo stile raccomandati dal comitato per la nomenclatura dei geni HUGO per le proteine ​​umane (APOL) e i geni (APOL) 17.

L'RNA APOL1 è espresso in molti tessuti18. APOL1 è unico tra i geni APOL nel codificare un peptide segnale secretorio, con conseguente secrezione di APOL1 nel plasma (Fig. 1a). Tuttavia, APOL1 è presente negli esseri umani e in diversi primati del Vecchio Mondo, ma è altrimenti assente in altri mammiferi, indicando che APOL1 probabilmente è nato dalla duplicazione genetica in tandem durante l'evoluzione dei primati circa 30 milioni di anni fa19.

Nel 2009, studi sui membri della famiglia APOL hanno dimostrato che APOL1-6 sono presenti negli esseri umani e che la rapida evoluzione tra i primati scimmieschi si è verificata in domini coinvolti nelle interazioni ospite-parassita. In APOL1, ad esempio, sono presenti sequenze con evidenza di rapida evoluzione all'interno o adiacenti al dominio di APOL1, che interagisce con l'antigene di resistenza sierica (SRA) nei tripanosomi, riflettendo probabilmente un periodo prolungato di interazioni ospite-parassita20.

Evoluzione delle varianti APOL1

L’elevato carico di insufficienza renale cronica e insufficienza renale – in particolare, la frequenza sorprendentemente elevata di glomerulosclerosi focale segmentale (FSGS) e di nefropatia associata all’HIV (HIVAN) – tra gli afroamericani ha suggerito che particolari varianti di rischio fossero probabilmente responsabili e che tali varianti potrebbero essere arricchite sugli aplotipi ereditari africani. In 2008, due studi hanno utilizzato una strategia di mappatura delle miscele per identificare segmenti cromosomici di origine africana arricchiti in pazienti con FSGS confermata dalla biopsia e insufficienza renale non diabetica. Un gruppo ha identificato una regione sul cromosoma 22, centrata su MYH9, che era fortemente associata a FSGS e HIVAN; questo risultato è stato replicato in pazienti con nefrosclerosi ipertensiva e insufficienza renale non diabetica, ma non in pazienti con insufficienza renale associata al diabete21. Un altro gruppo ha identificato la stessa regione di collegamento di origine africana sul cromosoma 22 con insufficienza renale non diabetica ma, analogamente, non nei pazienti con insufficienza renale associata al diabete22. Queste scoperte portarono alla scoperta, due anni dopo, di varianti specifiche per l'Africa nel gene APOL1, che è adiacente a MYH9. I due studi hanno identificato tre varianti di APOL1 vicine nel dominio di legame SRA C-terminale di APOL1 (Fig. 1a) come principalmente responsabili dell'associazione con la malattia renale1. I due tipi di aplo varianti sono stati denominati G1 e G2, con G1 (rs73885319 e rs60910145) comprendente due varianti di codifica non sinonimi (Ser342Gly, Ile384Met) e G2 (rs71785313) costituito da una delezione di sei coppie di basi risultante in due amminoacidi cancellazioni: del Asn388 e del Tyr3891. Negli africani occidentali e nei loro recenti discendenti, i due alleli (G1 e G2) formano due aplotipi varianti comuni e un aplotipo raro (Fig. 1b) 13. L'aplotipo ancestrale è chiamato G0 e non porta varianti G1 o G21,13. In assenza di G0, le varianti di rischio hanno mostrato una forte associazione con FSGS, insufficienza renale non diabetica e HIVAN, portando alla conclusione che contribuiscono al rischio complessivo più elevato di questi disturbi renali negli afroamericani1,2,13 (Fig 1c).

Perdita di funzione o guadagno di disfunzione

Ad eccezione di uno studio sudafricano, che ha mostrato un'associazione dominante di G1 con HIVAN23, prove schiaccianti provenienti da studi caso-controllo e di coorte suggeriscono che le varianti di rischio di APOL1 seguono un modello di ereditarietà recessivo. La maggior parte degli alleli recessivi sono associati a una perdita della funzione genetica; tuttavia, alcune prove suggeriscono che le varianti APOL1 potrebbero contrastare questo paradigma. Sebbene almeno uno studio in vitro non abbia osservato tossicità in seguito all'espressione delle varianti di rischio di APOL1 nelle cellule renali, supportando un meccanismo di perdita di funzione24, la maggior parte degli studi suggerisce che gli alleli di rischio di APOL1 seguono un meccanismo di guadagno di disfunzione8,9. Un modello suggerisce che la multimerizzazione di APOL1 consente una modalità di ereditarietà recessiva con effetti di guadagno di disfunzione per G1 e G2 e soppressione della tossicità da parte di G0 (rif.25). Un altro studio26 ha riportato che G0 salva la tossicità G1 e G2 trasportando the proteine ​​varianti dal reticolo endoplasmatico al citoplasma su goccioline lipidiche; questo modello suggerisce che G{{0}} possa agire come un soppressore dominante della tossicità oligomerizzando con le proteine ​​varianti e fungendo da chaperone. Altri hanno scoperto che G1 e G2, ma non G0, formano multimeri nella matrice mitocondriale e inducono la morte cellulare attivando il poro di transizione della permeabilità mitocondriale27. Più recentemente, i ricercatori hanno proposto un modello in cui gli alleli di rischio sono associati ad una maggiore attività della permeasi cationica rispetto al genotipo di riferimento28.

Figura 1|Domini e varianti APOL1. un|La proteina APOL1 ha quattro domini funzionali e un peptide segnale, necessario per la secrezione nel plasma dell'APOL1 prodotta dal fegato. Le forme di APOL1 prive del peptide segnale a causa dello splicing alternativo vengono mantenute come proteine ​​intracellulari. Le varianti isoforme G1 e G2 sono le principali cause della malattia renale cronica (CKD) mediata da APOL1-. La presenza di due mutazioni missenso (Ser342Gly e Ile384Met) nella sequenza nucleotidica che codifica il dominio di legame proteico di APOL1 associato alla resistenza sierica genera la variante G1, mentre una delezione di 6 coppie di basi che determina la perdita di due amminoacidi (delAsn388 e delTry389) genera la variante G2. b|Le tre varianti di rischio renale formano solo quattro aplotipi osservati. A causa della stretta vicinanza fisica dei tre alleli associati alla malattia, non sono stati osservati eventi di ricombinazione e pertanto gli alleli G1 e G2 si escludono a vicenda e non si verificano insieme sullo stesso cromosoma. Gli aplotipi G1 e G2 sono unici per gli individui di origine sub-sahariana, mentre l'aplotipo ancestrale G0 si trova in tutte le popolazioni globali. Le frequenze degli aplotipi sono mostrate per una popolazione afroamericana sana7. c| La suscettibilità e la resistenza (indicate rispettivamente dall'ombreggiatura rossa e blu) alla tripanosomiasi africana umana acuta (HAT) causata da Trypanosoma brucei rhodesiense e alla HAT cronica causata da Tb gambiense, e il rischio di insufficienza renale cronica associata ad APOL1-, variano in funzione dell'aplotipo APOL1. I portatori eterozigoti o omozigoti dell'allele G{{30}} non corrono un rischio maggiore di malattia renale. I portatori di 1 o 2 copie dell'allele G1 sono suscettibili all'infezione da Tb gambiense ma hanno meno probabilità di sviluppare sintomi di HAT; il meccanismo di questa associazione protettiva è sconosciuto. La proteina variante G2 lisa efficacemente la Tb rhodesiense in vitro, limitando così l'infezione nei portatori G2. Le persone con genotipi G1/G1, G2/G2 e G1/G2 corrono un rischio maggiore di malattia renale cronica. In alcuni contesti non comuni (ad esempio, in individui con infezione da HIV non trattata), anche gli individui G1/G0 possono avere un rischio maggiore di insufficienza renale cronica.

Da notare che un confronto tra gli aplotipi G1 e G2 presenti in natura e gli aplotipi artificiali utilizzati nei modelli sperimentali ha mostrato l'esistenza di cambiamenti di amminoacidi in altri domini degli aplotipi G1 e G2 dell'anello presenti in natura che non erano presenti negli aplotipi artificiali comunemente usati, di riferimento aplotipo29. Queste varianti naturali collegate influenzano le proprietà della proteina espressa e modificano il grado di tossicità mediata dagli alleli di rischio. Questi risultati supportano l’ipotesi del guadagno di tossicità e spiegano ulteriormente perché alcuni studi non osservano una maggiore tossicità con le varianti di rischio29. Uno studio del 2020 ha scoperto che gli alleli di rischio APOL1 hanno effetti tossici dose-dipendenti nelle cellule HEK293 del rene embrionale umano, con conseguente perdita di vitalità cellulare, rigonfiamento cellulare e disregolazione del metabolismo energetico30. Questi effetti non sono stati attenuati dalla co-espressione di G0, supportando l'idea che gli alleli di rischio APOL1 acquisiscono tossicità in modo guadagno di funzione.