La evolución de la historia de la nefropatía por apolipoproteína L1: el fin del principio

Resumen|Las variantes de codificación genética en APOL1, que codifica la apolipoproteína L1 (APOL1), se identificaron en 2010 y son relativamente comunes entre individuos de ascendencia africana subsahariana. Aproximadamente el 13% de los afroamericanos portan dos alelos de riesgo APOL1. Estas variantes, denominadas G1 y G2, son frecuentescausa de la enfermedad renal- denominada nefropatía APOL1 - que típicamente se manifiesta como glomeruloesclerosis focal y segmentaria y el cuadro clínicosíndrome de hipertensiónyarterionefroesclerosis. Los estudios en cultivos celulares sugieren que las variantes de APOL1 causan disfunción celular a través de varios procesos, incluidas alteraciones en la actividad del canal catiónico,activación del inflamasoma,aumento del estrés del retículo endoplasmático, activación de la proteína quinasa R,disfunción mitocondrial, yinterrupción de la ubiquitinilación de APOL1. El riesgo de nefropatía APOL1 se limita principalmente a personas con dos variantes de riesgo APOL1. Sin embargo, sólo una minoría de personas con dos alelos de riesgo APOL1 desarrollan enfermedad renal, lo que sugiere la necesidad de un "segundo golpe". El factor mejor reconocido responsable de este "segundo golpe" es una infección viral crónica, particularmente VIH-1, que resulta en la activación mediada por interferón del promotor APOL1, aunque la mayoría de las personas con nefropatía APOL1 no tienen un cofactor obvio. Las terapias actuales para las nefropatías APOL1 no son adecuadas paradetener la progresión de la enfermedad renal crónica, ynuevas terapias moleculares dirigidasestán en ensayos clínicos.

NUEVA FORMULACIÓN HERBARIA PARA ENFERMEDADES RENALES

Desde su descubrimiento en 1997, los esfuerzos de investigación han revelado la naturaleza multifacética de la apolipoproteína L1 (APOL1) y, más notablemente, sus implicaciones para la adaptación aenfermedades parasitariasy elpatogénesis de las enfermedades renales. El descubrimiento de variantes en APOL1 en 2010 mejoró nuestra comprensión de la prevalencia desproporcionada deenfermedades renales no diabéticasen individuos con ascendencia africana subsahariana1,2. Tras la victoria aliada en El Alamein en 1942, Winston Churchill dijo: "No es el final. Ni siquiera es el principio del fin. Pero es, quizás, el fin del principio". Ahora, aproximadamente una década después del descubrimiento de las variantes de riesgo de APOL1, quizás hayamos llegado al final del comienzo de nuestra tarea de comprender el espectro y los mecanismos de las nefropatías de APOL1. Sin embargo, sólo ahora estamos comenzando la búsqueda de tratamientos eficaces.

Los genotipos de riesgo APOL1, definidos por los alelos de riesgo G1 y G2, están ausentes en poblaciones sin ascendencia africana y probablemente evolucionaron para proteger a los portadores en África occidental de la enfermedad del sueño africana. La dispersión de personas de África occidental y central hacia América y las islas del Caribe como consecuencia de la trata transatlántica de esclavos y la migración más reciente ha llevado a la distribución global de variantes de APOL14,5. Por lo tanto, los alelos son comunes entre los afroamericanos, con una frecuencia alélica combinada de aproximadamente el 34%6,7. La asociación entre las variantes de APOL1 y la función renal no se comprende completamente. La observación de que existe un gen APOL1 funcional (no pseudogenizado) sólo en unas pocas especies de primates africanos y la identificación de un individuo APOL1-nulo con función renal normal sugiere que este gen no es necesario para la función renal normal8,9 . Desde esta perspectiva, las variantes codificantes de APOL1 asociadas con la enfermedad renal parecen representar variantes de "ganancia de disfunción"8,10. Por lo tanto, la selección natural en las poblaciones del África subsahariana probablemente dio forma a este locus al equilibrar los efectos beneficiosos de las variantes sobre la inmunidad tripanosómica con los efectos perjudiciales sobre la función renal11. Además de los efectos sobre las enfermedades glomerulares primarias, estas variantes genéticas también podrían modificar los resultados en otras afecciones renales y extrarrenales, como los aloinjertos de riñón, la enfermedad de las arterias coronarias, las miocardiopatías y la preeclampsia12-15.

Esta revisión resume los conocimientos adquiridos a partir de la investigación de la última década sobre el papel de las variantes de APOL1 en la enfermedad renal y proporciona un contexto para los hallazgos que se espera que surjan en los próximos años. Describimos los aspectos principales de la base de conocimientos de APOL1, centrándonos en particular en los hallazgos más relevantes para la nefrología con énfasis en nuestra comprensión de la genética, la estructura de las proteínas y las funciones biológicas de las variantes de APOL1 y sus asociaciones con la enfermedad cardiorrenal.

Puntos clave

• A diferencia de otros miembros de la familia APOL, que son principalmente intracelulares, APOL1 contiene un péptido señal secretor único, lo que resulta en su secreción en plasma.

• Los alelos de riesgo renal APOL1 protegen la tripanosomiasis humana africana, pero son un factor de riesgo de enfermedad renal progresiva en quienes portan dos alelos de riesgo.

• La frecuencia del alelo de riesgo APOL1 es de ~35% en la población afroamericana de Estados Unidos, y ~13% de las personas tienen dos alelos de riesgo; las frecuencias alélicas más altas se encuentran en las poblaciones de África occidental y sus descendientes.

• Los modelos de células y ratones implican disfunción endolisosomal y mitocondrial, actividad alterada de los canales iónicos, autofagia alterada y activación de la proteína quinasa R en la patogénesis de la enfermedad renal asociada a APOL1-; sin embargo, no se ha resuelto la relevancia de estas vías de lesión para las enfermedades humanas.

• La enfermedad renal APOL1 tiende a ser progresiva y las terapias estándar actuales generalmente son ineficaces; Las estrategias terapéuticas dirigidas son las más prometedoras.

La proteína APOL1

En 1997, los investigadores que buscaban identificar los componentes proteicos de las lipoproteínas que contienen ApoA1-, que están presentes en las partículas de lipoproteínas de alta densidad (HDL), aislaron una nueva proteína, que se denominó ApoL16. Cuatro años más tarde, describieron tres miembros adicionales de la familia APOL, ApoL I-IV (ahora denominado APOL 1-4). La familia APOL se expandió aún más en 2001 cuando dos grupos clonaron el grupo de genes APOL en el cromosoma 22, que también codifica APOL5 y APOL6 (refs17,18). Aunque algunos investigadores continúan usando "ApoL", de acuerdo con la terminología de proteínas del campo de las lipoproteínas, en esta revisión utilizamos la nomenclatura y el estilo recomendados por el Comité de Nomenclatura de Genes HUGO para proteínas humanas (APOL) y genes (APOL) 17.

El ARN APOL1 se expresa en muchos tejidos18. APOL1 es único entre los genes APOL al codificar un péptido señal secretor, lo que resulta en la secreción de APOL1 en plasma (Fig. 1a). Sin embargo, APOL1 está presente en humanos y en varios primates del Viejo Mundo, pero está ausente en otros mamíferos, lo que indica que APOL1 probablemente surgió por duplicación de genes en tándem durante la evolución de los primates hace unos 30 millones de años19.

En 2009, estudios de miembros de la familia APOL mostraron que APOL1-6 están presentes en humanos y que la rápida evolución entre primates simios se produjo en dominios involucrados en las interacciones huésped-parásito. En APOL1, por ejemplo, secuencias con evidencia de evolución rápida están presentes en o adyacentes al dominio de APOL1, que interactúa con el antígeno de resistencia sérica (SRA) en los tripanosomas, lo que probablemente refleja un período prolongado de interacciones huésped-parásito20.

Evolución de las variantes de APOL1

La alta carga de ERC e insuficiencia renal (en particular, la frecuencia sorprendentemente alta de glomeruloesclerosis focal y segmentaria (FSGS) y nefropatía asociada al VIH (HIVAN) - entre los afroamericanos sugirió que variantes de riesgo particulares probablemente fueran las responsables y que dichas variantes podrían enriquecerse. sobre haplotipos heredados africanos. En 2008, dos estudios emplearon una estrategia de mapeo de mezclas para identificar segmentos cromosómicos de origen africano enriquecidos en pacientes con GEFS confirmada por biopsia e insuficiencia renal no diabética. Un grupo identificó una región en el cromosoma 22, centrada en MYH9, que estaba fuertemente asociada con FSGS y VIHAN; este hallazgo se replicó en pacientes con nefroesclerosis hipertensiva e insuficiencia renal no diabética, pero no en pacientes con insuficiencia renal asociada a diabetes21. Otro grupo identificó la misma región de enlace de ascendencia africana en el cromosoma 22 con insuficiencia renal no diabética, pero de manera similar, no en pacientes con insuficiencia renal asociada a diabetes22. Estos hallazgos llevaron al descubrimiento, dos años más tarde, de variantes africanas específicas en el gen APOL1, que es adyacente a MYH9. Los dos estudios identificaron tres variantes de APOL1 cercanas en el dominio de unión SRA C-terminal de APOL1 (Fig. 1a) como las principales responsables de la asociación con la enfermedad renal1. Los dos tipos de haplo variantes se denominaron G1 y G2, donde G1 (rs73885319 y rs60910145) comprendía dos variantes codificantes no sinónimas (Ser342Gly, Ile384Met) y G2 (rs71785313) consistía en una deleción de seis pares de bases que daba como resultado dos aminoácidos. Eliminaciones: del Asn388 y del Tyr3891. En los africanos occidentales y sus descendientes recientes, los dos alelos (G1 y G2) forman dos haplotipos variantes comunes y un haplotipo poco frecuente (Fig. 1b) 13. El haplotipo ancestral se denomina G0 y no porta las variantes G1 o G2 1,13. En ausencia de G0, las variantes de riesgo mostraron una fuerte asociación con GEFS, insuficiencia renal no diabética y NAVIH, lo que lleva a la conclusión de que contribuyen al mayor riesgo general de estos trastornos renales en los afroamericanos1,2,13 (Fig. 1c).

Pérdida de función o ganancia de disfunción.

Excepto por un estudio sudafricano, que mostró una asociación dominante de G1 con VIHAN23, la evidencia abrumadora de estudios de casos y controles y de cohortes sugiere que las variantes de riesgo APOL1 siguen un modelo recesivo de herencia. La mayoría de los alelos recesivos se asocian con una pérdida de la función genética; sin embargo, alguna evidencia sugiere que las variantes de APOL1 podrían contrarrestar este paradigma. Aunque al menos un estudio in vitro no observó toxicidad tras la expresión de variantes de riesgo de APOL1 en células renales, lo que respalda un mecanismo de pérdida de función24, la mayoría de los estudios sugieren que los alelos de riesgo de APOL1 siguen un mecanismo de ganancia de disfunción8,9. Un modelo sugiere que la multimerización de APOL1 permite un modo de herencia recesivo con efectos de ganancia de disfunción para G1 y G2 y supresión de la toxicidad por G 0 (ref.25). Otro estudio26 informó que G0 rescata la toxicidad de G1 y G2 transportando the proteínas variantes desde el retículo endoplásmico hasta el citoplasma en gotitas de lípidos; este modelo sugiere que G{{0}} puede actuar como un supresor dominante de la toxicidad al oligomerizarse con las proteínas variantes y actuar como acompañante. Otros han descubierto que G1 y G2, pero no G0, forman multímeros en la matriz mitocondrial e inducen la muerte celular activando el poro de transición de permeabilidad mitocondrial27. Más recientemente, los investigadores han propuesto un modelo en el que los alelos de riesgo se asocian con una mayor actividad de la permeasa catiónica en comparación con el genotipo de referencia28.

Figura 1|Dominios y variantes de APOL1. un|La proteína APOL1 tiene cuatro dominios funcionales y un péptido señal, que es necesario para la secreción de APOL1 producida en el hígado al plasma. Las formas de APOL1 que carecen del péptido señal debido a un empalme alternativo se retienen como proteínas intracelulares. Las isoformas variantes G1 y G2 son los principales impulsores de la enfermedad renal crónica (ERC) mediada por APOL1-. La presencia de dos mutaciones sin sentido (Ser342Gly e Ile384Met) en la secuencia de nucleótidos que codifica el dominio de unión a proteínas asociado a la resistencia sérica de APOL1 genera la variante G1, mientras que una deleción de 6 pares de bases que resulta en la pérdida de dos aminoácidos (delAsn388 y delTry389) genera la variante G2. segundo|Las tres variantes de riesgo renal forman sólo cuatro haplotipos observados. Debido a la estrecha proximidad física de los tres alelos asociados a la enfermedad, no se han observado eventos de recombinación y, por lo tanto, los alelos G1 y G2 son mutuamente excluyentes y no ocurren juntos en el mismo cromosoma. Los haplotipos G1 y G2 son exclusivos de individuos con ascendencia subsahariana, mientras que el haplotipo ancestral G0 se encuentra en todas las poblaciones globales. Se muestran las frecuencias de haplotipos para una población afroamericana sana7. c|La susceptibilidad y la resistencia (indicadas por sombreado rojo y azul, respectivamente) a la tripanosomiasis africana humana (HAT) aguda causada por Trypanosoma brucei rhodesiense y la HAT crónica causada por Tb gambiense, y el riesgo de ERC asociada a APOL1-, varían en función del haplotipo APOL1. Los portadores heterocigotos u homocigotos del alelo G{{30}} no tienen un mayor riesgo de enfermedad renal. Los portadores de 1 o 2 copias del alelo G1 son susceptibles a la infección por Tb gambiense, pero tienen menos probabilidades de desarrollar síntomas de HAT; se desconoce el mecanismo de esta asociación protectora. La proteína variante G2 lisa eficazmente la Tb rhodesiense in vitro, limitando así la infección en los portadores de G2. Las personas con genotipos G1/G1, G2/G2 y G1/G2 tienen un mayor riesgo de sufrir ERC. En ciertos entornos poco comunes (por ejemplo, en personas con infección por VIH no tratada), las personas G1/G0 también pueden tener un mayor riesgo de ERC.

Es de destacar que una comparación de los haplotipos G1 y G2 de origen natural con los haplotipos artificiales utilizados en los modelos experimentales mostró la existencia de cambios de aminoácidos en otros dominios de los haplotipos de anillo G1 y G2 de origen natural que no estaban presentes en los haplotipos artificiales de uso común. haplotipo29. Estas variantes vinculadas que ocurren naturalmente afectan las propiedades de la proteína expresada y modifican el grado de toxicidad mediada por alelos de riesgo. Estos hallazgos respaldan la hipótesis de la ganancia de toxicidad y explican con más detalle por qué algunos estudios no observan una mayor toxicidad con las variantes de riesgo29. Un estudio 2020 encontró que los alelos de riesgo APOL1 tienen efectos tóxicos dependientes de la dosis en células HEK293 de riñón embrionario humano, lo que resulta en pérdida de viabilidad celular, inflamación celular y desregulación del metabolismo energético30. Estos efectos no fueron atenuados por la coexpresión de G0, lo que respalda la idea de que los alelos de riesgo APOL1 adquieren toxicidad mediante una ganancia de función.