A evolução da história da nefropatia por apolipoproteína L1: o fim do começo

Resumo|Variantes de codificação genética em APOL1, que codifica a apolipoproteína L1 (APOL1), foram identificadas em 2010 e são relativamente comuns entre indivíduos de ascendência da África Subsaariana. Aproximadamente 13% dos afro-americanos carregam dois alelos de risco APOL1. Essas variantes, denominadas G1 e G2, são frequentescausa de doença renal- denominada nefropatia APOL1 - que normalmente se manifesta como glomeruloesclerose segmentar e focal e a clínicasíndrome de hipertensãoearterionefroesclerose. Estudos de cultura celular sugerem que as variantes do APOL1 causam disfunção celular através de vários processos, incluindo alterações na atividade do canal de cátions,ativação do inflamassoma,aumento do estresse do retículo endoplasmático, ativação da proteína quinase R,disfunção mitocondrial, einterrupção da ubiquitinilação APOL1. O risco de nefropatia por APOL1 está principalmente confinado a indivíduos com duas variantes de risco de APOL1. No entanto, apenas uma minoria de indivíduos com dois alelos de risco APOL1 desenvolvem doença renal, sugerindo a necessidade de uma “segunda dose”. O fator mais reconhecido responsável por esse “segundo golpe” é uma infecção viral crônica, particularmente o HIV-1, resultando na ativação do promotor APOL1 mediada por interferon, embora a maioria dos indivíduos com nefropatia por APOL1 não tenha um cofator óbvio. As terapias atuais para nefropatias APOL1 não são adequadas parainterromper a progressão da doença renal crônica, enovas terapias moleculares direcionadasestão em ensaios clínicos.

NOVA FORMULAÇÃO HERBAL PARA DOENÇAS RENAIS

Desde a sua descoberta em 1997, os esforços de investigação revelaram a natureza multifacetada da apolipoproteína L1 (APOL1) e, mais notavelmente, as suas implicações para a adaptação adoenças parasitáriase opatogênese das doenças renais. A descoberta de variantes no APOL1 em ​​2010 melhorou a nossa compreensão da prevalência desproporcional dedoenças renais não diabéticasem indivíduos com ascendência da África Subsaariana1,2. Após a vitória dos Aliados em El Alamein em 1942, Winston Churchill disse: "Não é o fim. Não é nem mesmo o começo do fim. Mas é, talvez, o fim do começo". Agora, cerca de uma década após a descoberta das variantes de risco do APOL1, talvez tenhamos chegado ao fim da nossa tarefa de compreender o espectro e os mecanismos das nefropatias do APOL1. No entanto, só agora estamos iniciando a busca por tratamentos eficazes.

Os genótipos de risco APOL1, definidos pelos alelos de risco G1 e G2, estão ausentes em populações sem ascendência africana e provavelmente evoluíram para proteger os portadores da doença do sono africana na África Ocidental. A dispersão de pessoas da África Ocidental e Central para as Américas e as ilhas das Caraíbas, como consequência do comércio transatlântico de escravos e da migração mais recente, levou à distribuição global de variantes APOL14,5. Os alelos são, portanto, comuns entre os afro-americanos, com uma frequência alélica combinada de aproximadamente 34%6,7. A associação entre variantes do APOL1 e função renal não é completamente compreendida. A observação de que um gene APOL1 funcional (não pseudogenizado) existe em apenas algumas espécies de primatas africanos e a identificação de um indivíduo APOL1-nulo com função renal normal sugere que este gene não é necessário para a função renal normal8,9 . Nessa perspectiva, as variantes codificadoras do APOL1 associadas à doença renal parecem representar variantes de “ganho de disfunção”8,10. Assim, a selecção natural nas populações da África Subsariana provavelmente moldou este locus, equilibrando os efeitos benéficos das variantes na imunidade tripanossomal com os efeitos prejudiciais na função renal11. Além dos efeitos nas doenças glomerulares primárias, essas variantes genéticas também podem modificar os resultados em outras condições renais e extrarrenais, como aloenxertos renais, doença arterial coronariana, cardiomiopatias e pré-eclâmpsia12–15.

Esta revisão resume os insights obtidos nas pesquisas da última década sobre o papel das variantes do APOL1 na doença renal e fornece contexto para as descobertas que deverão surgir nos próximos anos. Descrevemos os principais aspectos da base de conhecimento do APOL1, focando particularmente nos achados mais relevantes para a nefrologia, com ênfase em nossa compreensão da genética, estrutura proteica e funções biológicas das variantes do APOL1 e suas associações com doenças cardiorrenais.

Pontos-chave

• Em contraste com outros membros da família APOL, que são principalmente intracelulares, o APOL1 contém um peptídeo sinal secretor único, resultando na sua secreção no plasma.

• Os alelos de risco renal APOL1 protegem a tripanossomíase humana africana, mas são um factor de risco para doença renal progressiva naqueles portadores de dois alelos de risco.

• A frequência do alelo de risco APOL1 é de aproximadamente 35% na população afro-americana nos Estados Unidos, com aproximadamente 13% dos indivíduos tendo dois alelos de risco; as frequências alélicas mais altas são encontradas nas populações da África Ocidental e seus descendentes.

• Modelos celulares e de camundongos implicam disfunção endolisossomal e mitocondrial, alteração da atividade do canal iônico, alteração da autofagia e ativação da proteína quinase R na patogênese da doença renal1-associada à APOL; no entanto, a relevância destas vias de lesão para doenças humanas não foi resolvida.

• A doença renal APOL1 tende a ser progressiva e as terapias padrão atuais são geralmente ineficazes; estratégias terapêuticas direcionadas são as mais promissoras.

A proteína APOL1

Em 1997, pesquisadores que buscavam identificar os componentes proteicos de lipoproteínas contendo ApoA, presentes em partículas de lipoproteína de alta densidade (HDL), isolaram uma nova proteína, denominada ApoL16. Quatro anos depois, eles descreveram três membros adicionais da família APOL, ApoL I–IV (agora denominado APOL 1–4). A família APOL expandiu-se ainda mais em 2001, quando dois grupos clonaram o cluster do gene APOL no cromossomo 22, que também codifica APOL5 e APOL6 (refs17,18). Embora alguns pesquisadores continuem a usar "ApoL", consistente com a terminologia proteica do campo das lipoproteínas, nesta revisão usamos a nomenclatura e estilo recomendados pelo HUGO Gene Nomenclature Committee para proteínas humanas (APOL) e genes (APOL) 17.

O RNA APOL1 é expresso em muitos tecidos18. APOL1 é único entre os genes APOL na codificação de um peptídeo sinal secretor, resultando na secreção de APOL1 no plasma (Fig. 1a). No entanto, o APOL1 está presente em humanos e em vários primatas do Velho Mundo, mas está ausente em outros mamíferos, indicando que o APOL1 provavelmente surgiu pela duplicação genética em tandem durante a evolução dos primatas, há cerca de 30 milhões de anos .

Em 2009, estudos com membros da família APOL mostraram que APOL1–6 estão presentes em humanos e que a rápida evolução entre primatas símios ocorreu em domínios envolvidos nas interações parasita-hospedeiro. No APOL1, por exemplo, sequências com evidência de evolução rápida estão presentes ou adjacentes ao domínio do APOL1, que interage com o antígeno de resistência sérica (SRA) nos tripanossomas, provavelmente refletindo um período prolongado de interações parasita-hospedeiro20.

Evolução das variantes do APOL1

A elevada carga de DRC e insuficiência renal - em particular, a frequência surpreendentemente elevada de glomeruloesclerose segmentar e focal (GESF) e nefropatia associada ao VIH (HIVAN) - entre os afro-americanos sugeriu que variantes de risco específicas eram provavelmente responsáveis ​​e que tais variantes poderiam ser enriquecidas em haplótipos herdados de África. Em 2008, dois estudos empregaram uma estratégia de mapeamento de mistura para identificar segmentos cromossômicos de origem africana enriquecidos em pacientes com GESF confirmada por biópsia e insuficiência renal não diabética. Um grupo identificou uma região no cromossomo 22, centrada em MYH9, que estava fortemente associada à GESF e ao HIVAN; esse achado foi replicado em pacientes com nefroesclerose hipertensiva e insuficiência renal não diabética, mas não em pacientes com insuficiência renal associada ao diabetes21. Outro grupo identificou a mesma região de ligação de ascendência africana no cromossoma 22 com insuficiência renal não diabética, mas de forma semelhante, não em pacientes com insuficiência renal associada a diabetes22. Estas descobertas levaram à descoberta, dois anos mais tarde, de variantes específicas de África no gene APOL1, que é adjacente ao MYH9. Os dois estudos identificaram três variantes do APOL1 próximas no domínio de ligação ao SRA C-terminal do APOL1 (Fig. 1a) como sendo as principais responsáveis ​​pela associação com doença renal . Os dois tipos variantes de haplo foram denominados G1 e G2, com G1 (rs73885319 e rs60910145) compreendendo duas variantes de codificação não-sinônimas (Ser342Gly, Ile384Met) e G2 (rs71785313) consistindo em uma deleção de seis pares de bases resultando em dois aminoácidos exclusões: del Asn388 e del Tyr3891. Nos africanos ocidentais e nos seus descendentes recentes, os dois alelos (G1 e G2) formam dois haplótipos variantes comuns e um haplótipo pouco frequente (Fig. 1b) 13. O haplótipo ancestral é denominado G0 e não contém variantes G1 ou G2 . Na ausência de G0, as variantes de risco mostraram uma forte associação com GESF, insuficiência renal não diabética e HIVAN, levando à conclusão de que contribuem para o risco global mais elevado destas doenças renais em afro-americanos1,2,13 (Fig. .1c).

Perda de função ou ganho de disfunção

Com excepção de um estudo sul-africano, que mostrou uma associação dominante de G1 com HIVAN23, evidências esmagadoras de estudos de caso-controlo e de coorte sugerem que as variantes de risco APOL1 seguem um modelo recessivo de herança. A maioria dos alelos recessivos está associada à perda da função genética; no entanto, algumas evidências sugerem que as variantes do APOL1 podem contrariar este paradigma. Embora pelo menos um estudo in vitro não tenha observado toxicidade após a expressão de variantes de risco de APOL1 em ​​células renais, apoiando um mecanismo de perda de função24, a maioria dos estudos sugere que os alelos de risco de APOL1 seguem um mecanismo de ganho de disfunção8,9. Um modelo sugere que a multimerização de APOL1 permite um modo recessivo de herança com efeitos de ganho de disfunção para G1 e G2 e supressão de toxicidade por G0 (ref.25). Outro estudo26 relatou que G0 resgata a toxicidade de G1 e G2 transportandoe proteínas variantes do retículo endoplasmático para o citoplasma em gotículas lipídicas; este modelo sugere que G{{0}} pode atuar como um supressor dominante de toxicidade, oligomerizando-se com as proteínas variantes e servindo como acompanhante. Outros descobriram que G1 e G2, mas não G0, formam multímeros na matriz mitocondrial e induzem a morte celular pela ativação do poro de transição da permeabilidade mitocondrial . Mais recentemente, pesquisadores propuseram um modelo no qual os alelos de risco estão associados à atividade aumentada da permease catiônica em comparação com o genótipo de referência28.

Figura 1|Domínios e variantes APOL1. uma|A proteína APOL1 possui quatro domínios funcionais e um peptídeo sinal, que é necessário para a secreção do APOL1 produzido pelo fígado no plasma. As formas de APOL1 que não possuem o peptídeo sinal devido ao splicing alternativo são retidas como proteínas intracelulares. As isoformas variantes G1 e G2 são as principais causas da doença renal crônica (DRC) mediada por APOL. A presença de duas mutações missense (Ser342Gly e Ile384Met) na sequência de nucleotídeos que codifica o domínio de ligação à proteína associado à resistência sérica de APOL1 gera a variante G1, enquanto uma deleção de 6 pares de bases que resulta na perda de dois aminoácidos (delAsn388 e delTry389) gera a variante G2. b|As três variantes de risco renal formam apenas quatro haplótipos observados. Devido à proximidade física dos três alelos associados à doença, não foram observados eventos de recombinação e, portanto, os alelos G1 e G2 são mutuamente exclusivos e não ocorrem juntos no mesmo cromossoma. Os haplótipos G1 e G2 são exclusivos de indivíduos com ascendência subsaariana, enquanto o haplótipo ancestral G0 é encontrado em todas as populações globais. As frequências de haplótipos são mostradas para uma população afro-americana saudável7. c|A suscetibilidade e a resistência (indicadas por sombreamento vermelho e azul, respectivamente) à tripanossomíase humana africana aguda (THA) causada por Trypanosoma brucei rhodesiense e à HAT crônica causada por Tb gambiense, e o risco de DRC1-associada à APOL, variam em função do haplótipo APOL1. Portadores heterozigotos ou homozigotos do alelo G{{30}} não apresentam risco aumentado de doença renal. Portadores de 1 ou 2 cópias do alelo G1 são suscetíveis à infecção por Tb gambiense, mas têm menor probabilidade de desenvolver sintomas de THA; o mecanismo desta associação protetora é desconhecido. A proteína variante G2 lisa eficientemente o Tb rhodesiense in vitro, limitando assim a infecção em portadores G2. Pessoas com genótipos G1/G1, G2/G2 e G1/G2 apresentam risco aumentado de DRC. Em certos contextos pouco frequentes (por exemplo, em indivíduos com infecção por VIH não tratada), os indivíduos do G1/G0 também podem apresentar um risco aumentado de DRC.

É digno de nota que uma comparação dos haplótipos G1 e G2 de ocorrência natural com os haplótipos artificiais usados ​​em modelos experimentais mostrou a existência de alterações de aminoácidos em outros domínios dos haplótipos G1 e G2 do anel de ocorrência natural que não estavam presentes nos haplótipos artificiais de referência comumente usados. haplótipo29. Estas variantes ligadas que ocorrem naturalmente afectam as propriedades da proteína expressa e modificam o grau de toxicidade mediada por alelos de risco. Estes resultados apoiam a hipótese de ganho de toxicidade e explicam ainda por que alguns estudos não observam toxicidade aumentada com as variantes de risco29. Um estudo 2020 descobriu que os alelos de risco APOL1 têm efeitos tóxicos dependentes da dose em células HEK293 renais embrionárias humanas, resultando em perda de viabilidade celular, inchaço celular e desregulação do metabolismo energético30. Estes efeitos não foram atenuados pela co-expressão de G0, apoiando a noção de que os alelos de risco APOL1 adquirem toxicidade de forma com ganho de função.