Diversidade haplotípica associada a variantes no locus APOL1 que conferem resistência à doença do sono numa amostra populacional da Ilha do Príncipe

Abstract

A Apoliporoteína L1 (APOL1) é o factor tripanolítico do soro humano que impede que os parasitas do género Trypanosoma provoquem doença do sono quando infetam o Homem. No entanto, há pelo menos duas sub-espécies (Trypanosoma brucei gambiense e Trypanosoma brucei rhodesiense) que são capazes de anular a atividade tripanolítica de APOL1. Recentemente foram identificadas duas variantes africanas (G1 e G2) do gene da APOL1 que são capazes de restaurar a atividade tripanolítica da proteína e têm um papel importante na resistência à doença do sono. Estes alelos aumentam, porém, significativamente o risco de algumas formas graves de doença renal. Com o objetivo de reconstruir a história evolutiva das variantes G1 e G2 foi desenvolvido um sistema de genotipagem de polimorfismos localizados em regiões vizinhas das mutações que originaram estas variantes, baseado na ressequenciação direta de um fragmento do gene da APOL1 e na genotipagem simultânea de cinco microssatélites flanqueantes. O sistema foi testado num estudo piloto em que se utilizaram amostras de habitantes da ilha do Príncipe, onde se registou no princípio do século XX uma epidemia de doença do sono com grande mortalidade. As frequências das variantes G1 (0,20) e G2 (0,10) na ilha do Príncipe são das mais altas até agora observadas no continente africano, com exceção de algumas regiões do Gana e da Nigéria. A variante G1, em particular, é especialmente frequente (0,30) nos indivíduos com os quatro avós nascidos na ilha e que provavelmente descendem de sobreviventes da epidemia. No entanto, não é possível saber para já até que ponto esta frequência mais elevada resultou da maior resistência à infecção, ou reflete a composição étnica dos povoadores originais que ocuparam a ilha antes das levas de imigração de origem cabo-verdiana que se sucederam à vaga de doença do sono. A análise da diversidade intra-alélica mostrou que a variante G1 tem uma idade aproximada compreendida entre 5600 a 1624 anos, compatível com uma origem durante a difusão da agricultura tropical em África e consistente com a hipótese de que esta variante foi favorecida devido à resistência que confere contra a doença do sono. A variante G2, apesar de menos frequente que G1, tem níveis mais elevados de diversidade intra-alélica compatíveis com uma idade mais antiga de 14784 a 4648 anos, sendo menos provável que a seleção natural tenha tido um papel relevante na sua difusão, se se assumir que esta mutação resultou de um único evento mutacional. No entanto, a multimodalidade dos perfis de diversidade haplotípica de G2 associada ao facto de esta variante resultar de uma deleção, sugerem que é possível que o alelo G2 pode ter tido origens múltiplas, relativamente recentes, que podem estar a ser confundidas com uma origem única antiga. O sistema de análise da diversidade haplotípica associada às variantes de APOL1 agora desenvolvido poderá ser facilmente utilizado em futuras análises de amostras representativas de todo o continente africano com vista ao esclarecimento da história evolutiva de G1 e G2, incluindo a origem e principais rotas de difusão destas variantes.

Apoliprotein L1 (APOL1) is the human serum’s trypanolytic factor, which impairs parasites from the genus Trypanosoma to cause human sleeping sickness upon infection. However, there are at least two subspecies (Trypanosoma brucei gambiense and Trypanosoma brucei rhodesiense) that are able to overcome APOL1’s trypanolytic activity. Recently, two APOL1 African variants (G1 and G2) have been identified that are able to restore Apol1 trypanolytic activity and that play a key role in sleeping sickness disease resistance. These variants, however, increase significantly the risk of some severe forms of kidney disease. With the objective of reconstructing G1 and G2’s evolutionary history we developed a genotyping system for neighboring polymorphisms, based on direct resequensing of a APOL1 gene fragment and on simultaneous genotyping of five flanking microsatellites. The system was tested in a pilot study involving samples of Island of Principe where, at the beginning of the 20th century, a high mortality sleeping sickness epidemic was recorded. G1 and G2’s frequencies, 0, 2 and 0, 1 respectively, found on Principe’s island are among the highest observed so far in the African continent, with the exception of some Ghana and Nigeria regions. The G1 variant, in particular, is especially frequent (0,3) in individuals whose four grandparents were born on the island and probably survived the epidemic. However, it is not possible to know, for now, to which extent this higher frequency results from an increased resistance to the disease, or reflects the ethnic composition of the original settlers that occupied the island before the waves of Cape Verdean immigration that followed the sleeping sickness onslaught. The intra-allelic diversity analysis showed that the G1 variant has an approximate age between 5600 and 1624 years, compatible with an origin during the diffusion of tropical agriculture in Africa, and consistent with the hypotheses that this variant was favored due to its role in the resistance to sleeping sickness. The G2 variant, although less frequent than G1, displayed higher levels of intra-allelic diversity compatible with an older age between 14784 and 4648 years, but less compatible with selection if it is assumed that this variant resulted from a single mutational event. However, the multimodality of G2 haplotype diversity profiles associated with the fact that this variant results from a deletion, suggests that it is possible that the G2 allele might have had relatively recent multiple origins, that might be wrongly interpreted as a single ancient origin. The system for screening the haplotype diversity associated with the APOL1 variants here developed can be easily used in future analysis of samples that are representative of the whole African continent with the objective of clarifying G1 and G2’s evolutionary history, including their origin and main diffusion routes.