APOL1の過剰発現は、バリアントに依存しない細胞毒性を駆動します

APOL1遺伝子のコーディングバリアントは、アフリカの先祖集団の腎臓病に関連しています。しかし、基礎となる生物学的メカニズムは不確実なままです。バリアント依存性のオートファジーおよび細胞毒性細胞死は、腎障害を媒介する病原性経路として提案されています。この可能性を調べるために、HEK293細胞のテトラサイクリン調節系を使用して、APOL1 -G0（参照）、-G1、および-G2（バリアント）を条件付けて発現しました。オートファジーを生化学的に監視し、複数のアッセイを使用して細胞死を測定しました。原子吸光分光法とApol1依存性電流を使用して、細胞全体のパッチクランプを使用して、細胞内Na+およびK+含有量を測定しました。参照もバリアントAPOL1もオートファジーを誘発しませんでした。高発現レベルでは、Apol1-G0、-G1、および-G2が原形質膜に挿入され、pH感受性陽イオンチャネルを形成し、細胞Na+およびK+勾配の崩壊、p38マイトジェン活性化プロテインキナーゼのリン酸化、および細胞死を引き起こし、細胞死を引き起こします。バリアント依存の違いがありません。Apol1-G0と-G2は、全細胞パッチクランプ実験で同様のチャネル特性を示しました。低発現レベルでは、原形質膜に局在する参照もバリアントApol1も、Na+およびK+勾配を維持し、細胞は生存可能なままでした。我々の結果は、Apol1を介した細孔形成がApol1のトリパノ分解活性にとって重要であり、過剰発現システムにおけるApol1を介した細胞毒性を促進することを示しています。生理学的発現レベルでの細胞毒性の欠如は、バリアント依存性の細胞内K+損失と細胞毒性が腎臓病の進行を促進しないことを示唆しています。

Coding variants in the APOL1 gene are associated with kidney diseases in African ancestral populations; yet, the underlying biologic mechanisms remain uncertain. Variant-dependent autophagic and cytotoxic cell death have been proposed as pathogenic pathways mediating kidney injury. To examine this possibility, we conditionally expressed APOL1-G0 (reference), -G1, and -G2 (variants) using a tetracycline-regulated system in HEK293 cells. Autophagy was monitored biochemically and cell death was measured using multiple assays. We measured intracellular Na+ and K+ content with atomic absorption spectroscopy and APOL1-dependent currents with whole-cell patch clamping. Neither reference nor variant APOL1s induced autophagy. At high expression levels, APOL1-G0, -G1, and -G2 inserted into the plasma membrane and formed pH-sensitive cation channels, causing collapse of cellular Na+ and K+ gradients, phosphorylation of p38 mitogen-activated protein kinase, and cell death, without variant-dependent differences. APOL1-G0 and -G2 exhibited similar channel properties in whole-cell patch clamp experiments. At low expression levels, neither reference nor variant APOL1s localized on the plasma membrane, Na+ and K+ gradients were maintained, and cells remained viable. Our results indicate that APOL1-mediated pore formation is critical for the trypanolytic activity of APOL1 and drives APOL1-mediated cytotoxicity in overexpression systems. The absence of cytotoxicity at physiologic expression levels suggests variant-dependent intracellular K+ loss and cytotoxicity does not drive kidney disease progression.