主要組織適合性複合体と性選択

主要組織適合性複合体（MHC）遺伝子は、病原体に対する生物の免疫応答を促進するとともに、自身の細胞への攻撃を回避する能力を高める細胞表面タンパク質をコードしています。これらの遺伝子は、時代や集団を超えて、非常に高いレベルの対立遺伝子多様性を維持してきました。これは、各MHC遺伝子について、集団内に常に多数の対立遺伝子（または遺伝子変異体）が存在し、多くの個体がMHC遺伝子座においてヘテロ接合体である（つまり、特定の遺伝子座に対して2つの異なる対立遺伝子を持っている）ことを意味します。

生物の適応度に影響を与える遺伝的変異の膨大な源は、宿主と寄生生物間の共進化的な軍拡競争に由来する。MHCの高い多様性を説明する仮説は2つあり、これらは互いに排他的ではない。1つは、MHCヘテロ接合体がホモ接合体よりも病原体に対する抵抗力が高い場合に、個体が多様なMHCアレルセットを持つように選択が働くというもので、これはヘテロ接合体優位性と呼ばれる。もう1つは、頻度依存的なサイクルを経る選択が働くというもので、これは赤の女王仮説と呼ばれる。

ヒトを含む多くの脊椎動物は、MHCアレル間の「適合性」のシグナルに基づいて配偶者を選択し、自分とは異なるアレルを持つ配偶者を好む傾向があるため、ヘテロ接合体の子孫が多く生まれるような組み合わせになるという証拠がある。MHC関連の交配選好がどのように適応的であるか、またMHCにおいて異常に大きなアレル多様性がどのように維持されてきたかを説明するいくつかの仮説が提唱されている。^{[ 1 ] [ 2 ]}

最初の仮説では、MHC でヘテロ接合体である個体がホモ接合体である個体よりも寄生虫に対する抵抗力が高い場合、雌は自分とは異なる MHC 遺伝子を持つ配偶者を選ぶことが有利であり、その結果、MHC ヘテロ接合体の子孫が生まれることになる。これは異型交配として知られている。この仮説では、ヘテロ接合体の MHC を持つ個体はより広範囲の病原体を認識できるため、より多くの病原体に対して特異的な免疫応答を誘発することができ、免疫上の利点を持つとされている。残念ながら、MHC ヘテロ接合体の利点の仮説は十分に検証されていない。^{[ 2 ]}種を超えて非 MHC 免疫遺伝子はヘテロ接合体の不利、または利点がない。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}マウスでは、MHC ヘテロ接合性の増加は適応度を低下させ、この仮説に異議を唱えている。 MHCヘテロ接合体の雌は、ホモ接合体と比較して適応度が著しく低下していた。^{[ 9 ]}この発見は、マウスを用いた別の研究、そして魚類を用いた研究でも再現されている。^{[ 10 ] [ 11 ]}場合によっては、過剰なヘテロ接合性が適応度の低下につながることもある。^{[ 12 ]}

最適性仮説では、MHC の多様性が大きすぎると、T 細胞が非自己を識別できなくなり、自己免疫疾患のリスクが高まる可能性があるとされています。これは、MHC の多様性がそれほど大きくない個体に、より高い適応度を与えることになります。^{[ 6 ] [ 13 ]}自己免疫疾患は MHC 遺伝子座と関連しています。ヒトでは、MHC の多様性が大きいほど、自己免疫疾患のリスクが高くなります。MHC の多様性が低いのは、「外来ペプチドが自己の背景に対して目立つ必要があるため」かもしれません。個体レベルでは、MHC の多様性は低い傾向があります。多くの種で、MHC には中間的なヘテロ接合性が見られます。全体的な証拠は、中間的な MHC ヘテロ接合性が最適であることを支持しています。^{[ 14 ]}

赤の女王仮説は、MHCの多様性は寄生虫によって維持されていると主張している。個体のMHCアレルが特定の寄生虫に対して異なる抵抗性を示す場合、最も高い抵抗性を持つアレルが有利になり、選択され、結果として集団全体に広がる。組換えと突然変異により、子孫の間で新しい変異体が生成され、急速に進化する寄生虫や世代交代の短い病原体への迅速な対応が可能になる。しかし、この特定のアレルが一般的になると、この一般的なアレルによる認識を回避するための寄生虫に対する選択圧が増加する。寄生虫が認識を逃れることを可能にする有利な特性が広がり、以前は抵抗性アレルであったものに対する選択を引き起こす。これにより、寄生虫はこの頻度依存選択のサイクルから逃れることができ、このようなサイクルは最終的に、MHCの多様性の維持を支える可能性のある共進化的な軍拡競争につながる。この仮説は経験的に裏付けられている。^{[ 15 ] [ 2 ] [ 16 ]}

近親交配回避仮説は、ヘテロ接合体優位仮説や赤の女王仮説ほど宿主と寄生体の関係に関係がない。MHCの極端な多様性により、MHCアレルを共有する個体は血縁関係にある可能性が高くなる。その結果、MHC異型交配の機能の1つは、家族との交配と、その結果として起こりうる有害な遺伝的影響を回避することである。この仮説は、近親交配によって全体的なホモ接合性の量が増加し、MHCの局所的な量だけでなく、遺伝的ホモ接合性の増加は劣性疾患や突然変異の発現だけでなく、潜在的なヘテロ接合体優位性の喪失も伴う可能性があると述べている。^{[ 17 ] [ 2 ]}動物が近親交配を避けることはまれである。^{[ 18 ]}近親交配回避仮説は、血縁関係が配偶者選択と関連していないため、「観察されたMHC依存の配偶者選択のパターンの説明として除外された」。^{[ 19 ]}

雌は交配相手を探す過程で、子孫の健康と生存率を高めるために「悪い」遺伝子を排除できることが望ましい。雌が「良い」遺伝子を基準に配偶者を選ぶということは、雄の間に遺伝的変異が存在することを示唆している。さらに、そのような遺伝子の違いは適応度にも違いをもたらし、それが選択や淘汰の対象となる可能性があると考えられる。

一般的に、MHC遺伝子の極端な多型性は、宿主と寄生生物の軍拡競争（赤の女王仮説）によって選択されます。しかし、異型交配による配偶者選択は、一部の種において遺伝的多様性を維持する可能性があります。寄生生物がMHCアレルに対する選択をどのように変化させるかによって、MHC依存的な配偶者選択は、前述のように、子孫の免疫力を高めることで適応度を高める可能性があります。これが、ヘテロ接合体優位仮説または赤の女王仮説のいずれかによって説明できる場合、選択はMHC依存的な交配行動も有利にすることになります。

したがって、MHCに関する配偶者選択は、おそらく、雌が多様な遺伝子（ヘテロ接合体優位仮説および近親交配回避仮説）または「優れた」遺伝子に基づいて雄を選択するように進化してきたと考えられる。雌が選択するという事実は自然選択によるものであり、雌にとって、間接的または直接的な利益をもたらす雄を選択できることは有利な形質となる。雌の選択の結果、雄には性選択が課せられる。これは遺伝的「宣伝」によって証明される。その一例として、雄の孔雀の精巧な尾羽のような誇張された形質の存在が挙げられる。しかし、人間においては、両性ともに配偶者選択を行う。

MHCに基づく性的選択には、魚類、マウス、ヒト、霊長類、鳥類、爬虫類などの脊椎動物の分類群において嗅覚機構が関与していることが知られている。^{[ 1 ]}最も単純なレベルでは、ヒトは資源や食物などの快不快を判断するために嗅覚を利用することに長年慣れ親しんできた。より深いレベルでは、嗅覚はMHCの遺伝子に基づいて個人を識別するのに役立つと予測されている。^{[ 20 ]}

化学感覚は最も原始的な感覚の一つであり、特殊な感覚システムへと進化しました。人間は環境（化学）の嗅覚刺激、特に他の個体から行動的および性的な反応を引き出すために使用されるフェロモンと呼ばれる刺激を感知するだけでなく、評価し、反応することもできます。フェロモンは、種、性別、そしておそらく最も重要な遺伝的アイデンティティを伝える機能を持っています。MHCの遺伝子は、独自の嗅覚コーディングが発達する基盤を提供します。^{[ 20 ]}

MHC特異的な匂いがどのように認識されるのか正確には分かっていませんが、現在ではMHCのペプチド結合溝に結合したタンパク質が匂い物質を生成すると考えられています。各MHCタンパク質は特定のペプチド配列に結合し、個体ごとに固有のペプチド-MHC複合体を形成します。細胞のターンオーバーの過程で、MHC-ペプチド複合体は細胞表面から剥がれ落ち、その断片は血清、唾液、尿などの体液中に放出されます。科学者たちは、消化管や膣など、外部環境に開放された上皮表面を覆う常在微生物叢がこれらの断片をさらに分解し、揮発性にすると考えています。最近、マウスの鋤鼻器にある受容体がMHCタンパク質と類似した特性を持つペプチドによって活性化されることが示されました。今後の研究によって、MHC遺伝子型と嗅覚機構との間の正確な関係が解明されることが期待されます。^{[ 1 ] [ 20 ] [ 21 ]}

オスがメスの意思に反して交尾することでメスの配偶者選択を妨害しようとすると、性的対立がMHC遺伝子における適合性に基づく選択を妨げる可能性がある。

キングサーモンOncorhyncus tshawytschaでは、メスは MHC が類似したオスに対して MHC が類似していないオスよりも攻撃的に行動し、メスの配偶者選択の存在を示唆している。さらに、オスは MHC が類似したメスに対して攻撃を向けた。これに伴い、オスは受け入れないメスを嫌がらせたが、オスの攻撃性と繁殖成功率の間には正の相関関係があった。オスがメスの本来の配偶者選択を圧倒する能力により、オスの攻撃の標的となった子孫は遺伝的多様性が低くなった。遺伝的多様性の高い子孫は、実効性比がメスに偏っている場合、つまりメスが配偶者選択を行使しやすく、オスがメスを嫌がらせする可能性が低い場合にのみ発生するようであった。これらの結果は、性的対立が「良い」 MHC 遺伝子に対するメスの配偶者選択を妨げる可能性があることを示唆している。^{[ 37 ]}

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