他者認識

同種認識とは、個々の生物が自身の組織を他の生物の組織と区別する能力です。これは、非自己起源の細胞の表面で発現した抗原を認識することで現れます。同種認識は、ほぼすべての多細胞門で説明されています。

この記事は、多細胞生物の進化における重要性の観点から、アロ認識に焦点を当てています。医学、分子生物学などにおけるアロ認識の重要性に焦点を当てた他の記事については、このページの下部にある カテゴリリンクにあるトピックのほか、次のトピックもお勧めします。

• 免疫システム、免疫学
• 移植拒絶反応
• 組織型判定
• 主要組織適合遺伝子複合体（MHC）

自己と非自己を区別する能力は、生命にとって基本的な要件です。最も基本的なレベルでは、単細胞生物であっても、食物と非食物を区別し、侵入する病原体に適切に対応し、共食いを避ける必要があります。有性生殖生物では、受精時に種固有の卵子と精子の相互作用を確実にするために、自己/非自己の識別が不可欠です。環形動物や特定の植物などの雌雄同体の生物は、自己受精を防ぐための認識メカニズムを必要とします。このような機能はすべて、進化的に保存されたパターン認識受容体を使用して「非自己マーカー」を表示する細胞を排除する自然免疫システムによって実行されます。^[1]

多細胞性の進化はさまざまな課題をもたらしたが、その多くはますます洗練された自然免疫システムによって対処できるものであったが、適応免疫システムの発達の進化的原動力としても機能した。適応免疫システムまたは「特異的」免疫システムの完全な形態（すなわち、主要組織適合遺伝子複合体（MHC）、T細胞受容体（TCR）、および抗体に基づく）は顎のある脊椎動物にのみ存在するが、ヌタウナギやヤツメウナギ（顎のない脊椎動物）では独立して進化した適応免疫システムが確認されている。 ^[2]

多細胞性は、生命の歴史の中で、植物、動物、菌類、原核生物において、何十回も独立して発生しており^[3] 、最初に現れたのは数十億年前のシアノバクテリアである。多細胞生物の初期の発達には、サイズに関する利点と、機能的特化および分業に関する利点という 2 つの利点が関係していると考えられている^[4]。サイズに関する利点には、摂食効率の向上や堅牢性の向上などがある。たとえば、群れで移動する粘液細菌は、食物を消化するために使用される細胞外酵素を高濃度に維持することができ、群れ内のすべての細菌がその恩恵を受ける。さまざまな条件下で、多くの微生物はバイオフィルムを形成し、保護された環境を提供している。機能的特化を進化させた生物では、生殖に関して重要な分業が存在する可能性があり、次の世代に貢献するのは細胞のごく一部である。体細胞の成長は利他主義の一形態であり、体細胞は生殖を放棄して生殖細胞が生殖するのを助ける。^[5]

群がる細菌が分泌する細胞外酵素、バイオフィルムの粘液、または分化した生物の体細胞は、詐欺師による搾取に対して脆弱な公共財である。^{[6]この問題は、経済学と}進化生物学では「フリーライダー問題」または「コモンズの悲劇」としてよく知られている。フリーライダー（またはフリーローダー）とは、資源を代価を払わずに消費する、または全額よりも少ない金額しか払わない個人のことである。多細胞生物では、詐欺師は、もはや公共財に貢献しない体細胞の突然変異、または生殖に対する制御を無視することから発生する可能性がある。^[7]別の可能性は、体細胞の融合から発生する可能性がある。多細胞の生活様式の中には、細胞の混ざり合いに対する物理的障壁がほとんどない（または全くない）ものがあり（例：スポンジ、真菌の菌糸体）、侵入に対する第一防衛線となる物理的外皮を進化させた生物の間でも、細胞交換の機会が発生する。例えば、タスマニアデビルの顔面腫瘍疾患や犬の伝染性性器腫瘍の蔓延が挙げられます。^[8]

後生動物では、このようなチーターによる多細胞生活様式の混乱に対する防御は、主に 2 つの形態をとる。まず、多細胞生活環の一貫した特徴は、多細胞の栄養繁殖体による繁殖が主な方法である生物の間でも、単細胞段階が介在することである。^[9]この単細胞段階は通常、有性生殖によって生成された接合子の形をとる。単細胞のボトルネックを通過することで、次世代の生物の各代表が明確なクローンとなることが保証される。一部の子孫は多数の有害な突然変異を持ち、死滅するが、他の子孫はほとんど持たない。このようにして、生物は「ミュラーのラチェット」を回避する。これは、無性生殖個体群のゲノムが不可逆的に有害な突然変異を蓄積するプロセスである。チーターに対する 2 つ目の防御は、寄生複製子による侵入を防ぐ同種認識メカニズムの開発である。^[10]同種認識は、融合とコミュニティの受け入れを近縁個体に限定することで、血縁選択のエージェントとして機能します。近縁個体が融合した場合、融合の利点は依然として適用されますが、共有リソースまたは生殖機会の競争のコストは、融合パートナー間の近縁度に比例して減少します。 ^[6]血縁関係のない個体が融合した場合、または同種認識システムによって自己と区別できる突然変異細胞が生物内に発生した場合、拒絶反応が活性化されます。一般的なルールとして、拒絶は、融合が成功するためには生物間で一致（またはほぼ一致）する必要がある、非常に可変性の高い遺伝子座の遺伝子産物によって媒介されます。^[11]

同種認識現象は、細菌の自己同一性および社会認識システム、^[12]社会性アメーバの血縁差別、^{[13] [14]}真菌の交配型、^[15]真菌の栄養不和合性、^[16]植物の自家不和合性システム、^[17]群体性海洋無脊椎動物（サンゴ、海綿動物、ヒドロ虫、コケムシ、ホヤなど）、^[18]そしてもちろん脊椎動物において認められている。これらの異なるシステムで同種認識がどのように現れるかは大きく異なる。例えば細菌はバクテリオシンを分泌する。これは同種の個体を特異的に標的とするタンパク質毒素である。それぞれが単一の遺伝子型を表す海洋無脊椎動物のコロニーは、無性生殖によって海底に広がっていく。コロニーが出会う場所では、適合性があれば融合して単一のユニットを形成するが、適合性がなければ、攻撃的に増殖したり、お互いに毒を与えたり、刺したり、消費したりしようとする可能性がある。^[18]

脊椎動物の免疫は、適応免疫系と自然免疫系の両方に依存しています。脊椎動物では、自然免疫系は好中球やマクロファージなどの細胞（適応免疫系では抗原提示細胞としての役割も担っています）と、微生物の非自己に反応する補体系などの分子経路で構成されています。自然免疫系は、感染を封じ込める迅速な炎症反応を可能にし、適応免疫系を活性化して病原体を排除し、免疫記憶を通じて再感染に対する長期的な保護を提供します。^[19]

複数の分類群にわたる包括的な配列検索では、顎のある脊椎動物以外では MHC と TCR を特定できなかった。これらの動物における同種認識は、顎のある脊椎動物とは異なる分子メカニズムに依存している。海綿動物では、免疫グロブリンに見られるものと類似したドメインを持つさまざまな受容体 (海綿動物接着分子、受容体チロシンキナーゼ) が特定されている。これらの受容体では、「ホットスポット」の配列の変動性が特定されている。^[2]進化の後半で適応免疫応答に利用された分子は、以前は生得的認識で役割を果たしていたようだ。ヤツメウナギとヌタウナギは、収斂進化によって、高等脊椎動物の適応免疫システムとは独立して異なる適応免疫応答を進化させたようだ。これらの魚のリンパ球様細胞は、非常に可変性の高いリンパ球受容体遺伝子を発現し、これは哺乳類の免疫グロブリン遺伝子が発達中に再配置される様子を彷彿とさせる体細胞再配置を受ける。^[20]

要約すると、自己と非自己を区別する能力であるアロ認識は、単細胞生物と多細胞生物を問わず、すべての生命の基本です。最も初期の認識システムは生得的であり、自己分子の認識に基づいていました。多細胞形態の進化により、生得免疫システムはますます洗練されるように選択圧がもたらされました。非自己の認識に基づく適応免疫システムは、脊索動物の2つの系統で独立して発生し、生得免疫応答で以前の役割を果たしていた分子と細胞システムを活用しています。現在哺乳類に存在するアロ認識は、最も初期の多細胞生物のいくつかにまで遡る免疫メカニズムの連続的な変更の結果として追跡できます。

• 免疫システム、免疫学
• 移植拒絶反応
• 組織型判定
• 主要組織適合遺伝子複合体（MHC）