Apolipoproteiini E geneettinen tutkimus

Apolipoproteiini E (APOE) (OMIM: 107741, UniProt: P02649) on 317 aminohaposta koostuva, noin 34 kDa:n suuruinen glykoproteiini, jolla on tärkeä rooli mm. jäännöslipoproteiinien ja kolesterolin metaboliassa sekä keskushermoston toiminnassa.

Ihmisellä APOE-proteiinia koodaava APOE-geeni sijaitsee kromosomissa 19.

APOE-geeni on ihmisellä polymorfinen geenin eksonissa 4 (NM_000041.2) olevien kahden nukleotidimuutoksen: c.388T>C (p.Cys130Arg) ja c.526C>T (p.Arg176Cys) suhteen. Syntyviin aminohappomuutoksiin viitataan kirjallisuudessa edelleen usein julkaisun (Rall et al., 1982) mukaisesti p.Cys112Arg ja p.Arg158Cys.

Näiden kahden vaihtelevan nukleotidin muodostamien alleeliyhdistelmien eli haplotyyppien seurauksena syntyy APOE proteiinin erilaiset muodot, joita kutsutaan APOE isoformeiksi:

• ε2: c.388T/ c.526T (p.Cys130, p.Cys176)                    T-T Cys-Cys
• ε3: c.388T/ c.526C (p.Cys130, p.Arg176)                    T-C Cys-Arg
• ε4: c.388C/ c.526C (p.Arg130, p.Arg176)                   C-C Arg-Arg

Näiden kolmen APOE epsilon-alleelien yhdistelmät tuottavat kuusi yleisintä genotyyppiä: ε2/ε2, ε2/ε3, ε2/ε4, ε3/ε3, ε3/ε4 ja ε4/ε4. 

Lisäksi geneettisesti on olemassa hyvin harvinainen neljäs APOE epsilon alleeli ε1 (Fernández-Calle et al., 2022):

• ε1: c.388C/ c.526T (p.Arg130, p.Cys176)                    C-T Arg-Cys

Suomalaisessa väestössä yleisin, ns. normaalialleeli on APOE ε3-alleeli, joka esiintyy noin 59 %:lla (homo- tai heterotsygoottisena). APOE ε4-alleelia esiintyy (homo- tai heterotsygoottisena) yli 30 %:lla ja ε2-alleeli on harvinainen (noin 3,5 %). Myös ε1-alleelin kantajia on.

APOE geneettistä tutkimusta käytetään Alzheimerin taudin lääkehoidon sopivuuden määrittämisessä. Tutkimuksen tavoitteena on löytää ε4-alleelin homotsygoottiset kantajat (vasta-aihe lekanemabi-lääkehoidolle). Sitä voidaan käyttää myös hyperlipidemioiden diagnoosin selvittämisessä. Tyypin III hyperlipidemiassa (familiaalinen dysbetalipoproteinemia) tavoite on löytää APOE ε2-alleelin homotsygoottiset kantajat statiinihoidon tarpeellisuuden määrittämiseksi (riski vaikeaan tautimuotoon, johon ruokavaliohoito ei riitä).

Alzheimerin tautia (OMIM # 104310) sairastavilla APOE ε4 alleelin on havaittu olevan yleisempi verrattuna muuhun väestöön (Kuusisto et al., 1994; Lehtimäki et al., 1995). Muoto on myös yhdistetty Alzheimerin taudin aikaisempaan puhkeamiseen. Suomalaisilla alleelin ε4 on havaittu olevan yleisempi muihin verrattuna (Ehnholm et al., 1986). Toisaalta alleeli ε2 on yhdistetty alentuneeseen riskiin Alzheimerin taudille (Reiman et al., 2020). Yleisin APOE-alleeli ε3 on tautiriskin suhteen neutraali.

APOE ε4-alleelin tutkimusta ei suositella käytettäväksi ennustamaan Alzheimerin tautiriskiä, vaan sitä voidaan käyttää dementiaoireisten potilaiden kohdalla muiden diagnostisten menetelmien tukena tai lääkehoidon sopivuuden määrittämisessä.

Tyypin III hyperlipidemiassa (familiaalinen dysbetalipoproteinemia, OMIM # 617347) sekä seerumin kolesterolin että triglyseridien tasot ovat kohonneet ja HDL-kolesterolin taso on pienentynyt, koska VLDL (Very low density lipoprotein)- ja IDL (intermediate density lipoprotein)-jäännöspartikkeleiden poistuminen verenkierrosta on normaalia hitaampaa ja ne kertyvät verenkiertoon. Pääasiallisin syy tähän on jäännöspartikkeleissa oleva APOE ε2 isoformi, jonka sitoutuminen LDL-APOB-reseptoriin on huonompi kuin APOE ε3 ja ε4 isoformien. APOE ε4-alleeliin liittyy puolestaan tehokas kolesterolin imeytyminen suolistosta, mikä sekin johtaa veren kokonaiskolesterolin ja LDL-kolesterolin tasojen nousuun. Tyypin III hyperlipidemiaan liittyy ksantomatoosi ja valtimoiden ateroskleroosi. Varhainen sepelvaltimotauti on tavallinen ilmenemismuoto, ja myös tyypin 2 diabetesta esiintyy normaalia useammin näillä potilailla.

Alleelien ε2/ε2 eli APOE ε2 isoformin homotsygoottimuoto yhdessä edellä kuvatun lipidilöydöksen kanssa on diagnostinen (Hyperlipoproteinemia, tyyppi III).

APOE genotyyppaus perustuu alleelispesifiseen qPCR menetelmään, jossa kaksi APOE-geenin varianttia tutkitaan yhdessä. Sen perusteella voidaan määrittää muodot, joissa ainakin toinen variantti on homotsygootti. Mikäli molemmat variantit ovat heterotsygootteja, määritys varmistetaan alleelispesifisellä Sanger-sekvensoinnilla, jolla selvitetään kromosomikohtaiset emäkset.

• NC_000019.10:g.44908822C>T, NM_000041.4:c.526C>T, NP_000032.1:p.Arg176Cys, rs7412 
• NC_000019.10:g.44908684T>C, NM_000041.4:c.388T>C, NP_000032.1:p.Cys130Arg, rs429358 

Tutkimusvastaus toimitetaan noin kahden viikon kuluessa verinäytteen saapumisesta. Tutkimusten hinnat ja näytteen lähetysohjeet löytyvät tutkimuspyyntölomakkeelta.

Kirjallisuus:

Ehnholm, C., Lukka, M., Kuusi, T., Nikkilä, E., Utermann, G., 1986. Apolipoprotein E polymorphism in the Finnish population: gene frequencies and relation to lipoprotein concentrations. J Lipid Res 27, 227–235.

Fernández-Calle, R., Konings, S.C., Frontiñán-Rubio, J., García-Revilla, J., Camprubí-Ferrer, L., Svensson, M., Martinson, I., Boza-Serrano, A., Venero, J.L., Nielsen, H.M., Gouras, G.K., Deierborg, T., 2022. APOE in the bullseye of neurodegenerative diseases: impact of the APOE genotype in Alzheimer’s disease pathology and brain diseases. Mol Neurodegeneration 17, 62. https://doi.org/10.1186/s13024-022-00566-4

Kuusisto, J., Koivisto, K., Kervinen, K., Mykkänen, L., Helkala, E.-L., Vanhanen, M., Hänninen, T., Pyörala, K., Kesäniemi, Y.A., Riekkinen, P., Laakso, M., 1994. Association of apolipoprotein E phenotypes with late onset Alzheimer’s disease: population based study. BMJ 309, 636–638. https://doi.org/10.1136/bmj.309.6955.636

Lehtimäki, T., Nikkari, T., Frey, H., Pirttilä, T., 1995. Alzheimerin taudin ja selkäydinnesteen beetaproteiinin yhteys apolipoproteiini E:n geneettiseen vaihteluun suomalaisilla. Duodecim 111, 401–407.

Rall, S.C., Weisgraber, K.H., Mahley, R.W., 1982. Human apolipoprotein E. The complete amino acid sequence. J Biol Chem 257, 4171–4178.

Reiman, E.M., Arboleda-Velasquez, J.F., Quiroz, Y.T., Huentelman, M.J., Beach, T.G., Caselli, R.J., Chen, Y., Su, Y., Myers, A.J., Hardy, J., Paul Vonsattel, J., Younkin, S.G., Bennett, D.A., De Jager, P.L., Larson, E.B., Crane, P.K., Keene, C.D., Kamboh, M.I., Kofler, J.K., Duque, L., Gilbert, J.R., Gwirtsman, H.E., Buxbaum, J.D., Dickson, D.W., Frosch, M.P., Ghetti, B.F., Lunetta, K.L., Wang, L.-S., Hyman, B.T., Kukull, W.A., Foroud, T., Haines, J.L., Mayeux, R.P., Pericak-Vance, M.A., Schneider, J.A., Trojanowski, J.Q., Farrer, L.A., Schellenberg, G.D., Beecham, G.W., Montine, T.J., Jun, G.R., The Alzheimer’s Disease Genetics Consortium, Abner, E., Adams, P.M., Albert, M.S., Albin, R.L., Apostolova, L.G., Arnold, S.E., Asthana, S., Atwood, C.S., Baldwin, C.T., Barber, R.C., Barnes, L.L., Barral, S., Becker, J.T., Beekly, D., Bigio, E.H., Bird, T.D., Blacker, D., Boeve, B.F., Bowen, J.D., Boxer, A., Burke, J.R., Burns, J.M., Cairns, N.J., Cantwell, L.B., Cao, C., Carlson, C.S., Carlsson, C.M., Carney, R.M., Carrasquillo, M.M., Chui, H.C., Cribbs, D.H., Crocco, E.A., Cruchaga, C., DeCarli, C., Dick, M., Doody, R.S., Duara, R., Ertekin-Taner, N., Evans, D.A., Faber, K.M., Fairchild, T.J., Fallon, K.B., Fardo, D.W., Farlow, M.R., Ferris, S., Galasko, D.R., Gearing, M., Geschwind, D.H., Ghisays, V., Goate, A.M., Graff-Radford, N.R., Green, R.C., Growdon, J.H., Hakonarson, H., Hamilton, R.L., Hamilton-Nelson, K.L., Harrell, L.E., Honig, L.S., Huebinger, R.M., Hulette, C.M., Jarvik, G.P., Jin, L.-W., Karydas, A., Katz, M.J., Kauwe, J.S.K., Kaye, J.A., Kim, R., Kowall, N.W., Kramer, J.H., Kunkle, B.W., Kuzma, A.P., LaFerla, F.M., Lah, J.J., Leung, Y.Y., Leverenz, J.B., Levey, A.I., Li, G., Lieberman, A.P., Lipton, R.B., Lopez, O.L., Lyketsos, C.G., Malamon, J., Marson, D.C., Martin, E.R., Martiniuk, F., Mash, D.C., Masliah, E., McCormick, W.C., McCurry, S.M., McDavid, A.N., McDonough, S., McKee, A.C., Mesulam, M., Miller, B.L., Miller, C.A., Miller, J.W., Morris, J.C., Mukherjee, S., Naj, A.C., O’Bryant, S., Olichney, J.M., Parisi, J.E., Paulson, H.L., Peskind, E., Petersen, R.C., Pierce, A., Poon, W.W., Potter, H., Qu, L., Quinn, J.F., Raj, A., Raskind, M., Reisberg, B., Reisch, J.S., Reitz, C., Ringman, J.M., Roberson, E.D., Rogaeva, E., Rosen, H.J., Rosenberg, R.N., Royall, D.R., Sager, M.A., Sano, M., Saykin, A.J., Schneider, L.S., Seeley, W.W., Smith, A.G., Sonnen, J.A., Spina, S., George-Hyslop, P.S., Stern, R.A., Swerdlow, R.H., Tanzi, R.E., Troncoso, J.C., Tsuang, D.W., Valladares, O., Van Deerlin, V.M., Van Eldik, L.J., Vardarajan, B.N., Vinters, H.V., Weintraub, S., Welsh-Bohmer, K.A., Wilhelmsen, K.C., Williamson, J., Wingo, T.S., Woltjer, R.L., Wright, C.B., Wu, C.-K., Yu, C.-E., Yu, L., Zhao, Y., 2020. Exceptionally low likelihood of Alzheimer’s dementia in APOE2 homozygotes from a 5,000-person neuropathological study. Nat Commun 11, 667. https://doi.org/10.1038/s41467-019-14279-8