القصة المتطورة لاعتلال الكلية بالبروتين الدهني L1: نهاية البداية

الملخص|تم تحديد متغيرات الترميز الجيني في APOL1، الذي يشفر البروتين الدهني L1 (APOL1)، في عام 2010 وهي شائعة نسبيًا بين الأفراد من أصول أفريقية جنوب الصحراء الكبرى. ما يقرب من 13% من الأمريكيين من أصل أفريقي يحملون أليلين خطرين لـ APOL1. هذه المتغيرات، التي تسمى G1 وG2، شائعةسبب مرض الكلى- يُسمى اعتلال الكلية APOL1 - والذي يظهر عادةً على شكل تصلب كبيبات كبيبات بؤري وأعراض سريريةمتلازمة ارتفاع ضغط الدموتصلب الشرايين. تشير دراسات زراعة الخلايا إلى أن متغيرات APOL1 تسبب خللًا في الخلية من خلال عدة عمليات، بما في ذلك التغيرات في نشاط قناة الكاتيون،تنشيط التهابي,زيادة إجهاد الشبكة الإندوبلازميةتفعيل بروتين كيناز R،خلل الميتوكوندريا، وتعطيل تواجد APOL1. يقتصر خطر الإصابة باعتلال الكلية APOL1 في الغالب على الأفراد الذين لديهم نوعين مختلفين من خطر APOL1. ومع ذلك، فإن أقلية فقط من الأفراد الذين لديهم أليلين خطرين لـ APOL1 يصابون بأمراض الكلى، مما يشير إلى الحاجة إلى "ضربة ثانية". أفضل عامل معروف مسؤول عن هذه "الضربة الثانية" هو العدوى الفيروسية المزمنة، وخاصة فيروس نقص المناعة البشرية-1، مما يؤدي إلى تنشيط محفز APOL1 بوساطة الإنترفيرون، على الرغم من أن معظم الأفراد المصابين باعتلال الكلية APOL1 ليس لديهم عامل مساعد واضح. العلاجات الحالية لاعتلال الكلية APOL1 ليست كافيةوقف تطور مرض الكلى المزمن، والعلاجات الجزيئية المستهدفة الجديدةهي في التجارب السريرية.

تركيبة عشبية جديدة لأمراض الكلى

منذ اكتشافه في عام 1997، كشفت الجهود البحثية عن الطبيعة المتعددة الأوجه للبروتين الدهني L1 (APOL1)، وعلى الأخص، آثاره على التكيف مع تغير المناخ.الأمراض الطفيليةوالتسبب في أمراض الكلى. أدى اكتشاف المتغيرات في APOL1 في عام 2010 إلى تحسين فهمنا للانتشار غير المتناسب لـ APOL1.أمراض الكلى غير السكريةفي الأفراد من أصول أفريقية جنوب الصحراء الكبرى . بعد انتصار الحلفاء في العلمين عام 1942، قال ونستون تشرشل "إنها ليست النهاية. إنها ليست حتى بداية النهاية. لكنها ربما تكون نهاية البداية". الآن، بعد حوالي عقد من اكتشاف متغيرات خطر APOL1، ربما وصلنا إلى نهاية البداية في مهمتنا لفهم نطاق وآليات اعتلالات الكلى APOL1. ومع ذلك، فقد بدأنا الآن فقط في البحث عن علاجات فعالة.

إن الأنماط الجينية الخطرة لـ APOL1، والتي تحددها أليلات الخطر G1 وG2، غائبة في السكان الذين ليس لديهم أصول أفريقية ومن المحتمل أنها تطورت لحماية حاملي المرض في غرب أفريقيا من مرض النوم الأفريقي. أدى تشتت الناس من غرب ووسط أفريقيا إلى الأمريكتين وجزر الكاريبي، نتيجة لتجارة الرقيق عبر المحيط الأطلسي، والهجرة الحديثة، إلى التوزيع العالمي لمتغيرات APOL1. وبالتالي فإن الأليلات شائعة بين الأمريكيين من أصل أفريقي، مع تردد أليل مشترك يبلغ حوالي 34%6،7. العلاقة بين متغيرات APOL1 ووظائف الكلى غير مفهومة بشكل كامل. إن ملاحظة وجود جين APOL1 وظيفي (غير كاذب) موجود في عدد قليل فقط من أنواع الرئيسيات الأفريقية وتحديد فرد APOL1- فارغ يتمتع بوظيفة كلى طبيعية يشير إلى أن هذا الجين غير مطلوب لوظيفة الكلى الطبيعية 8،9 . ومن هذا المنظور، يبدو أن متغيرات ترميز APOL1 المرتبطة بأمراض الكلى تمثل متغيرات "اكتساب الخلل الوظيفي"8،10. ومن ثم، فمن المرجح أن الانتقاء الطبيعي لدى سكان أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى قد ساهم في تشكيل هذا الموضع من خلال موازنة التأثيرات المفيدة للمتغيرات على مناعة المثقبيات مع التأثيرات الضارة على وظائف الكلى. بالإضافة إلى التأثيرات على أمراض الكبيبات الأولية، قد تعمل هذه المتغيرات الجينية أيضًا على تعديل النتائج في الحالات الكلوية وخارج الكلى الأخرى، مثل طعم الكلى، ومرض الشريان التاجي، واعتلال عضلة القلب، وتسمم الحمل.

تلخص هذه المراجعة الأفكار المكتسبة من الأبحاث على مدار العقد الماضي حول دور متغيرات APOL1 في أمراض الكلى وتوفر سياقًا للنتائج التي من المتوقع أن تظهر في السنوات القادمة. نحن نصف الجوانب الرئيسية لقاعدة معارف APOL1، ولا سيما التركيز على النتائج الأكثر صلة بأمراض الكلى مع التركيز على فهمنا لعلم الوراثة، وبنية البروتين، والوظائف البيولوجية لمتغيرات APOL1 وارتباطاتها بأمراض القلب والكلية.

النقاط الرئيسية

• على النقيض من أفراد عائلة APOL الآخرين، الذين هم في المقام الأول داخل الخلايا، يحتوي APOL1 على ببتيد إشارة إفرازية فريد من نوعه، مما يؤدي إلى إفرازه في البلازما.

• أليلات الخطر الكلوي APOL1 تحمي داء المثقبيات البشري الأفريقي ولكنها عامل خطر لمرض الكلى التدريجي لدى أولئك الذين يحملون أليلين خطرين.

• يبلغ معدل تكرار أليل خطر APOL1 حوالي 35% بين السكان الأمريكيين من أصل أفريقي في الولايات المتحدة، مع وجود أليلين معرضين للخطر بنسبة 13% تقريبًا. تم العثور على أعلى ترددات الأليل في سكان غرب أفريقيا وأحفادهم.

• تشير نماذج الخلايا والفأر إلى خلل وظيفي في الجسيم الجسيمي الداخلي والميتوكوندريا، وتغيير نشاط قناة الأيونات، وتغيير الالتهام الذاتي، وتنشيط بروتين كيناز R في التسبب في مرض الكلى المرتبط بـ APOL1-. ومع ذلك، لم يتم حل أهمية مسارات الإصابة هذه للأمراض البشرية.

• يميل مرض الكلى APOL1 إلى التقدم، والعلاجات القياسية الحالية غير فعالة بشكل عام. الاستراتيجيات العلاجية المستهدفة تحمل الوعد الأكبر.

بروتين APOL1

في عام 1997، قام الباحثون الذين يسعون إلى التعرف على مكونات بروتين ApoA1-التي تحتوي على البروتينات الدهنية - والتي توجد في جزيئات البروتين الدهني عالي الكثافة (HDL) - بعزل بروتين جديد، والذي أطلق عليه اسم ApoL16. وبعد أربع سنوات، وصفوا ثلاثة أفراد إضافيين من عائلة APOL، ApoL I-IV (يُسمى الآن APOL 1–4). توسعت عائلة APOL بشكل أكبر في عام 2001 عندما قامت مجموعتان باستنساخ مجموعة جينات APOL الموجودة على الكروموسوم 22، والذي يشفر أيضًا APOL5 وAPOL6 (المراجع 17،18). على الرغم من أن بعض الباحثين يواصلون استخدام "ApoL"، بما يتوافق مع مصطلحات البروتين من مجال البروتين الدهني، فإننا في هذه المراجعة نستخدم التسميات والأسلوب الموصى بهما من قبل لجنة تسميات الجينات HUGO للبروتينات البشرية (APOL) والجينات (APOL) 17.

يتم التعبير عن APOL1 RNA في العديد من الأنسجة . يعد APOL1 فريدًا بين جينات APOL في تشفير ببتيد الإشارة الإفرازية، مما يؤدي إلى إفراز APOL1 في البلازما (الشكل 1 أ). ومع ذلك، فإن APOL1 موجود في البشر والعديد من رئيسيات العالم القديم، ولكنه غائب في الثدييات الأخرى، مما يشير إلى أن APOL1 من المحتمل أن يكون قد نشأ عن طريق تضاعف الجينات الترادفي أثناء تطور الرئيسيات منذ حوالي 30 مليون سنة.

في عام 2009، أظهرت الدراسات التي أجريت على أفراد عائلة APOL أن APOL1-6 موجود في البشر وأن التطور السريع بين الرئيسيات القردية حدث في المجالات المرتبطة بالتفاعلات بين المضيف والطفيلي. في APOL1 على سبيل المثال، توجد تسلسلات مع دليل على التطور السريع في مجال APOL1 أو بالقرب منه، والذي يتفاعل مع مستضد مقاومة المصل (SRA) في المثقبيات، مما يعكس على الأرجح فترة طويلة من التفاعلات بين المضيف والطفيل.

تطور متغيرات APOL1

إن العبء الكبير لمرض الكلى المزمن والفشل الكلوي - على وجه الخصوص، التردد العالي بشكل لافت للنظر في تصلب الكبيبات البؤري القطعي (FSGS) واعتلال الكلية المرتبط بفيروس نقص المناعة البشرية (HIVAN) - بين الأمريكيين من أصل أفريقي يشير إلى أن متغيرات خطر معينة كانت مسؤولة على الأرجح وأن هذه المتغيرات قد تكون غنية على الأنماط الفردانية الموروثة الأفريقية. في 2008، استخدمت دراستان استراتيجية رسم خرائط الاختلاط لتحديد شرائح الكروموسومات من أصل أفريقي المخصب في المرضى الذين يعانون من FSGS المؤكدة بالخزعة والفشل الكلوي غير المصاب بالسكري. حددت إحدى المجموعات منطقة على الكروموسوم 22، تتمحور حول MYH9، والتي كانت مرتبطة بقوة بـ FSGS وHIVAN؛ تم تكرار هذه النتيجة في المرضى الذين يعانون من تصلب الكلية الناتج عن ارتفاع ضغط الدم والفشل الكلوي غير السكري، ولكن ليس في المرضى الذين يعانون من الفشل الكلوي المرتبط بالسكري. حددت مجموعة أخرى نفس منطقة الارتباط بالأصل الأفريقي على الكروموسوم 22 مع الفشل الكلوي غير المصاب بالسكري، ولكن بالمثل، ليس في المرضى الذين يعانون من الفشل الكلوي المرتبط بالسكري. أدت هذه النتائج إلى اكتشاف متغيرات خاصة بأفريقيا بعد عامين في جين APOL1، المجاور لـ MYH9. حددت الدراستان ثلاثة متغيرات لـ APOL1 قريبة في مجال ربط SRA للمحطة C لـ APOL1 (الشكل 1 أ) باعتبارها المسؤولة بشكل أساسي عن الارتباط بأمراض الكلى. تمت تسمية نوعي هابلو المتغيرين باسم G1 وG2، حيث يشتمل G1 (rs73885319 وrs60910145) على متغيرين تشفير غير مترادفين (Ser342Gly، Ile384Met)، وG2 (rs71785313) يتكون من حذف ستة أزواج أساسية مما يؤدي إلى اثنين من الأحماض الأمينية. عمليات الحذف: del Asn388 وdel Tyr3891. في غرب أفريقيا وأحفادهم الجدد، يشكل الأليلان (G1 وG2) نمطين فرديين شائعين ونمط فرداني واحد نادر (الشكل 1ب) 13. يُطلق على النمط الفرداني السلفي اسم G0 ولا يحمل متغيرات G1 أو G2. في غياب G0، أظهرت متغيرات المخاطر وجود ارتباط قوي مع FSGS، والفشل الكلوي غير السكري، وHIVAN، مما أدى إلى استنتاج مفاده أنها تساهم في ارتفاع خطر الإصابة باضطرابات الكلى بشكل عام لدى الأمريكيين من أصل أفريقي 1،2،13 (الشكل 1). 1 ج).

فقدان الوظيفة أو اكتساب الخلل الوظيفي

باستثناء دراسة واحدة في جنوب أفريقيا، والتي أظهرت وجود ارتباط سائد بين G1 وHIVAN23، تشير الأدلة الدامغة من دراسات الحالات والشواهد إلى أن متغيرات خطر APOL1 تتبع نموذجًا متنحيًا من الميراث. ترتبط معظم الأليلات المتنحية بفقدان وظيفة الجينات؛ ومع ذلك، تشير بعض الأدلة إلى أن متغيرات APOL1 قد تتعارض مع هذا النموذج. على الرغم من أن دراسة واحدة على الأقل في المختبر لم تلاحظ السمية بعد التعبير عن متغيرات خطر APOL1 في خلايا الكلى، مما يدعم آلية فقدان الوظيفة، تشير معظم الدراسات إلى أن أليلات خطر APOL1 تتبع آلية اكتساب الخلل الوظيفي. يشير أحد النماذج إلى أن تعدد APOL1 يتيح وضعًا متنحيًا للوراثة مع تأثيرات اكتساب الخلل الوظيفي لـ G1 وG2 وقمع السمية بواسطة G0 (المرجع 25). ذكرت دراسة أخرى 26 أن G0 ينقذ سمية G1 وG2 عن طريق نقل الالبروتينات المتغيرة من الشبكة الإندوبلازمية إلى السيتوبلازم على قطرات الدهون؛ يشير هذا النموذج إلى أن G{{0}} قد يكون بمثابة مثبط مهيمن للسمية عن طريق احتكار القلة مع البروتينات المتغيرة والعمل كمرافق. وقد وجد آخرون أن G1 وG2، ولكن ليس G0، يشكلان جزيئات متعددة في مصفوفة الميتوكوندريا ويحفزان موت الخلايا عن طريق تنشيط المسام الانتقالية لنفاذية الميتوكوندريا 27. في الآونة الأخيرة، اقترح الباحثون نموذجًا ترتبط فيه أليلات الخطر بنشاط نفاذ الكاتيون المعزز مقارنةً بالنمط الجيني المرجعي.

الشكل 1|مجالات ومتغيرات APOL1. أ|يحتوي بروتين APOL1 على أربعة مجالات وظيفية وببتيد إشارة، وهو ضروري لإفراز APOL1 الذي ينتجه الكبد في البلازما. يتم الاحتفاظ بأشكال APOL1 التي تفتقر إلى الببتيد الإشارة بسبب الربط البديل كبروتينات داخل الخلايا. تعد الأشكال الإسوية المتغيرة G1 وG2 هي المحرك الأساسي لمرض الكلى المزمن الناجم عن APOL1- (CKD). إن وجود طفرات خاطئة (Ser342Gly وIle384Met) في تسلسل النيوكليوتيدات الذي يشفر مجال ربط البروتين المرتبط بمقاومة المصل لـ APOL1 يولد متغير G1، في حين يؤدي حذف 6 أزواج أساسية إلى فقدان اثنين من الأحماض الأمينية (delAsn388). وdelTry389) ينشئ متغير G2. ب|تشكل متغيرات مخاطر الكلى الثلاثة أربعة أنماط فردية ملحوظة فقط. نظرًا للقرب الجسدي الوثيق بين الأليلات الثلاثة المرتبطة بالمرض، لم يتم ملاحظة أحداث إعادة التركيب وبالتالي فإن الأليلات G1 وG2 متنافية ولا تحدث معًا على نفس الكروموسوم. يعتبر النمطان الفردانيان G1 وG2 فريدين بالنسبة للأفراد ذوي الأصول من جنوب الصحراء الكبرى، في حين أن النمط الفرداني G0 موجود في جميع سكان العالم. وتظهر ترددات النمط الفرداني للسكان الأمريكيين من أصل أفريقي الأصحاء. ج|تختلف القابلية والمقاومة (المشار إليها بالتظليل الأحمر والأزرق، على التوالي) لداء المثقبيات الأفريقي البشري الحاد (HAT) الناجم عن المثقبية البروسية الروديسية وHAT المزمن الناجم عن المثقبية البروسية الغامبية، وخطر الإصابة بمرض الكلى المزمن المرتبط بـ APOL1-، كدالة من النمط الفرداني APOL1. حاملات متغايرة الزيجوت أو متماثلة الزيجوت للأليل G{{30}} ليست في خطر متزايد للإصابة بأمراض الكلى. يكون حاملو نسخة أو نسختين من أليل G1 عرضة للإصابة بالمثقبية البروسية الغامبية ولكنهم أقل عرضة للإصابة بأعراض HAT؛ آلية هذا الارتباط الوقائي غير معروفة. يقوم البروتين المتغير G2 بتحلل Tb rhodesiense بكفاءة في المختبر، مما يحد من العدوى في حاملات G2. الأشخاص الذين لديهم أنماط وراثية G1/G1 وG2/G2 وG1/G2 معرضون بشكل متزايد لخطر الإصابة بمرض الكلى المزمن. في بعض الأماكن غير الشائعة (على سبيل المثال، في الأفراد الذين يعانون من عدوى فيروس نقص المناعة البشرية غير المعالجة)، قد يكون أفراد G1/G0 أيضًا أكثر عرضة لخطر الإصابة بمرض الكلى المزمن.

تجدر الإشارة إلى أن مقارنة الأنماط الفردانية G1 وG2 التي تحدث بشكل طبيعي مع الأنماط الفردانية الاصطناعية المستخدمة في النماذج التجريبية أظهرت وجود تغيرات في الأحماض الأمينية في مجالات أخرى من الأنماط الفردانية الحلقية G1 وG2 التي تحدث بشكل طبيعي والتي لم تكن موجودة في الأنماط الفردانية الاصطناعية شائعة الاستخدام. النمط الفرداني29. تؤثر هذه المتغيرات المرتبطة التي تحدث بشكل طبيعي على خصائص البروتين المعبر عنه وتعدل درجة خطورة التسمم بوساطة الأليل. تدعم هذه النتائج فرضية اكتساب السمية وتشرح أيضًا سبب عدم ملاحظة بعض الدراسات السمية المعززة مع متغيرات الخطر . وجدت دراسة 2020 أن أليلات خطر APOL1 لها تأثيرات سامة تعتمد على الجرعة في خلايا الكلى الجنينية البشرية HEK293، مما يؤدي إلى فقدان حيوية الخلية، وتورم الخلايا، وخلل تنظيم استقلاب الطاقة30. لم يتم تخفيف هذه التأثيرات من خلال التعبير المشترك عن G0، مما يدعم فكرة أن أليلات خطر APOL1 تكتسب سمية بطريقة اكتساب الوظيفة.