Velký komplex histokompatibility a sexuální selekce

Všechny živé buňky mají struktury zvané antigeny přítomné na jejich buněčném povrchu. Antigeny jsou buď polysacharidy, nebo bílkoviny, které reagují specificky s receptorem buněčného povrchu nebo protilátkou. Pro každého člověka a každý typ buňky jsou na povrchu buňky různé antigeny. Jedinečné, geneticky stanovené antigeny přítomné na povrchu buňky jsou určeny shlukem genů na chromozomu 6 na lokusu 6p21.3 zvaném Hlavní komplex histokompatibility (MHC). U lidí byly tyto antigeny poprvé identifikovány na typu bílé krvinky zvaném leukocyt a byly proto pojmenovány antigeny lidských leukocytů (HLA antigeny). V důsledku toho může být lidský hlavní komplex histokompatibility také nazýván HLA systémem. Často se v souvislosti s těmito antigeny a souborem genů zodpovědných za tyto antigeny termíny MHC a HLA používají zaměnitelně.

Antigeny na povrchu buněk jsou zpracovány buňkami imunitního systému těla v závislosti na jejich antigenicitě. Konkrétně antigenicita povrchových proteinů HLA závisí na tom, zda se jedná o vlastní proteiny (autoantigeny), nebo zda se jedná o cizí proteiny jiné osoby (nesamosprávné antigeny). Proteiny HLA na vlastních buňkách člověka jsou rozpoznány jeho imunitním systémem jako takovým, zatímco nesamosprávné antigeny vyvolají imunitní reakci. Původně byly proteiny MHC považovány za zajímavé pouze v souvislosti s transplantací orgánů, protože transplantace, při kterých dárcovské a přijímající buňky obsahovaly odlišné proteiny MHC, vedly k odmítnutí orgánu, pokud nebyl potlačen imunitní systém. Další studie ukázaly, že MHC má ve skutečnosti mnohem větší roli v imunitním systému než jen transplantace orgánů. Oblast genů MHC obsahuje extrémně vysokou úroveň genové hustoty a různorodosti; genetické odchylky v této oblasti hrají zásadní roli v náchylnosti k autoimunitním, infekčním a dalším onemocněním. Geny MHC se také podílejí na různých neimunních funkcích, jako je olfrakce a sebepoznání/nepoznání.

Proteiny třídy I, II a III podle MHC

Povrchové proteinové antigeny systému Major Histocompatibility Complex spadají do dvou hlavních tříd, nazývaných MHC Class I proteiny a MHC Class II proteiny, stejně jako intervenující oblast nazývaná MHC Class III proteiny. Proteiny třídy I jsou určeny HLA-A, HLA-B a HLA-C geny a jsou přítomny na nukleových buňkách a krevních destičkách. Proteiny třídy II jsou určeny HLA-D geny a jsou integrální k imunitnímu systému; nacházejí se na lymfocytech, makrofázích a dalších fagocytárních buňkách, jejichž funkce jsou podobné funkcím makrofágů.

Studie prokázaly, že geny tvořící oblasti MHC třídy I a třídy II kódují glykoproteinové molekuly, které jsou na povrchu buňky; tyto glykoproteinové genové produkty jsou přímo zodpovědné za rozpoznání antigenů, jejich zpracování a následnou prezentaci zpracovaných antigenních peptidů speciálním typům T-buněk, CD8+ a CD4+. To je také známé jako imunita zprostředkovaná buňkami, což je důležitý aspekt získané imunity.

Konkrétně geny MHC třídy I exprimují cizí proteiny na povrchu buněk, které jsou infikovány intracelulárními patogeny; vzhledem k tomu, že každá T-buňka má svůj vlastní unikátní MHC receptor, mohou se cytotoxické T-lymfocyty vázat na MHC antigenní komplex a aktivovat ho. Tento proces vede k produkci klonu konkrétního cytotoxického T-lymfocytu a následné destrukci jakékoliv budoucí buňky infikované podobným intracelulárním patogenem. Oproti tomu geny MHC třídy II jsou zodpovědné za destrukci extracelulárních patogenů; tyto typy patogenů jsou buď fagocytovány makrofágy nebo vázány protilátkami. Nakonec jsou také prezentovány T-buňkám prostřednictvím molekul MHC třídy II.

Díky prezentaci antigenů proto hrají geny MHC životně důležitou roli v imunitním systému prostřednictvím buněčné i protilátkami zprostředkované obrany. Vzhledem k tomu, že geny MHC se tak aktivně podílejí na rozpoznávání a zpracování antigenů, extrémní množství genetické rozmanitosti v rámci MHC proto umožňuje imunitnímu systému rozpoznat – a zpracovat – širší spektrum cizích antigenů a patogenů; schopnost zpracovat více antigenů propůjčuje schopnost stimulovat imunitní odpověď na širší spektrum antigenů. To je pro organismus velmi prospěšné.

Geny v oblasti MHC III. třídy se dále podílejí na regulaci humorální imunitní odpovědi, včetně aspektů kaskády komplementu.

Pro více informací o mechanismu aktivace imunitních efektorů MHC genů se prosím podívejte do Major Histocompatibility Complex.

MHC evoluce a Allelic diverzita

Geny MHC, které řídí imunitní odpověď a účinnou rezistenci proti patogenům, byly schopny udržet extrémně vysokou úroveň alelické rozmanitosti v průběhu času a v různých populacích. Kromě své role v imunitní funkci studie naznačují, že MHC se také podílí na výběru partnera pro mnoho obratlovců prostřednictvím čichových podnětů. Existuje několik navrhovaných hypotéz, které se zabývají tím, jak by mohly být preference páření spojené s MHC adaptivní a jak si MHC udržel svou obrovskou alelickou rozmanitost.

Druhou hypotézou pro udržení MHC diverzity parazity je hypotéza Červené královny. Pokud jednotlivé alely MHC vykazují vůči konkrétnímu parazitovi různou rezistenci, pak alela s nejvyšší rezistencí bude upřednostňována, vybrána a následně rozšířena v celé populaci; rekombinace způsobí vznik nových variant mezi potomky, což může umožnit rychlou reakci na rychle se vyvíjející parazity nebo patogeny s mnohem kratšími generačními časy. Pokud se však tato konkrétní alela stane běžnou, výběr na parazitech, aby se vyhnul rozpoznání touto běžnou alelou, se zvýší. Výhodná vlastnost, která umožní parazitovi uniknout rozpoznání, se rozšíří a způsobí selekci proti dříve rezistentní alele, což umožní parazitovi uniknout z tohoto cyklu selekce závislé na frekvenci; takový cyklus nakonec povede ke kovolučním závodům ve zbrojení, které mohou podpořit zachování MHC diverzity.

Parazité jsou v neustálém závodu ve zbrojení se svým hostitelem: sklízeč trpí roztoči škůdce

Hypotéza vyhýbání se rozmnožování má méně co do činění se vztahy mezi hostitelem a parazitem než Heterozygote Advantage Hypotéza nebo Red Queen Hypotéza. Extrémní rozmanitost v MHC by způsobila, že jedinci sdílející MHC alely by byli s větší pravděpodobností příbuzní. V důsledku toho by jednou z funkcí MHC-disassortativního páření bylo vyhnout se páření s rodinnými příslušníky a veškerým škodlivým genetickým důsledkům, které by se v důsledku toho mohly objevit. Páření s příbuznými nebo příbuzenské křížení zvyšuje množství celkové homozygozity – nejen lokálně v MHC. Zvýšení genetické homozygozity může být doprovázeno nejen expresí recesivních onemocnění a mutací, ale i ztrátou jakékoliv potenciální heterozygotní výhody.

V průběhu hledání potenciálních partnerů by ženám prospělo, kdyby byly schopny diskriminovat „špatné“ geny s cílem zvýšit zdraví a životaschopnost svých potomků. Pokud dojde k výběru samic pro „dobré“ geny, pak se předpokládá, že mezi muži existuje genetická variabilita. Dále by se předpokládalo, že zmíněný rozdíl v genech by také propůjčil rozdíl ve zdatnosti, který by pak mohl být potenciálně vybrán nebo vybrán.

Obecně se má za to, že extrémní polymorfismus genů MHC je selektován rasami hostitel-parazit, nicméně volba nevhodného partnera může u některých druhů zachovat genetickou rozmanitost. V závislosti na tom, jak parazité mění selekci na MHC alelách, může MHC-dependentní volba partnera zvýšit kondici potomka zvýšením jeho imunity, jak již bylo zmíněno. Pokud tomu tak je, buď prostřednictvím Heterozygote Advantage Hypothesis nebo Red Queen Hypothesis, pak selekce také upřednostní pářící praktiky, které jsou MHC-dependentní.

Přehnané, protáhlé horní ocasní kryty tvoří „vláček“ páva.

Proto se volba partnera – s ohledem na MHC – pravděpodobně vyvinula tak, že si samice vybírají muže buď na základě různorodých genů (Heterozygote Advantage a Inbreeding Avoidance hypotheses) nebo „dobrých“ genů. Skutečnost, že si samice vybírají, je přirozeně selektována, protože pro samice by bylo výhodné, kdyby si mohly vybrat muže, který by jim poskytoval buď nepřímý, nebo přímý užitek. V důsledku volby samice je pohlavní výběr vnucován samcům. Svědčí o tom genetická „reklama“. U lidí však obě pohlaví uplatňují volbu partnera. V souladu s tím by zachování alelické rozmanitosti v MHC nebylo způsobeno pohlavním výběrem. Příkladem toho by byla existence přehnaných rysů, jako je propracované ocasní peří samců pávů.

Vztah mezi Olfaction a MHC

Lidský čichový systém. 1: Čichový bulb 2: Mitrální buňky 3: Kost 4: Nosní epitel 5: Glomerulus (čichový systém) 6: Čichové receptorové buňky

Chemosenzace, která je jedním z nejprimitivnějších smyslů, se vyvinula ve specializovaný smyslový systém. Lidé mohou nejen detekovat, hodnotit a reagovat na environmentální (chemické) čichové podněty – zejména ty, které se používají k vyvolání behaviorálních a sexuálních reakcí od jiných jedinců, známých také jako feromony. Feromony slouží ke komunikaci druhu, pohlaví a možná nejdůležitější je genetická identita člověka. Geny MHC poskytují základ, ze kterého se vyvíjí soubor unikátních čichových kódů.

Ačkoli není přesně známo, jak se pozná vůně specifické pro MHC, v současné době se předpokládá, že proteiny vázané na peptidovou drážku MHC mohou produkovat vůni. Každý protein MHC se váže na specifickou peptidovou sekvenci, čímž vzniká soubor jedinečně vázaných peptidových-MHC komplexů pro každého jedince. Během buněčné přeměny je komplex MHC-peptid z povrchu buňky odstraněn a fragmenty jsou rozváděny v tělesných tekutinách, jako je krevní sérum, sliny a moč. Vědci se domnívají, že komenzální mikroflóra, mikroorganismy, které lemují epiteliální povrchy otevřené vnějšímu prostředí, jako je gastrointestinální trakt a pochva, dále degradují tyto fragmenty, které jsou pak následkem tohoto procesu těkavé. Nedávno bylo prokázáno, že receptory ve vomeronazálním orgánu myší jsou aktivovány peptidy s podobnými vlastnostmi jako proteiny MHC; další studie snad brzy objasní přesnou transformaci mezi genotypem MHC a čichovým mechanismem.

MHC-Mediated Mate Choice: případové studie

Několik studií naznačuje, že pachové preference související s MHC a volba partnera jsou demonstrovány lidmi. Nicméně role MHC při volbě lidského partnera byla poměrně kontroverzní. Jedna studie, kterou provedli Ober a kol., zkoumala typy HLA od 400 párů v hutteritské komunitě a zjistila dramaticky méně shod HLA mezi manžely a manželkami, než se očekávalo při zvážení sociální struktury jejich komunity. Na druhou stranu, ve stejné studii 200 párů z jihoamerických kmenů nebyl žádný důkaz o volbě partnera založené na MHC.

Jiné studie přistoupily k výběru partnera na základě preference vůní. V jedné studii, kterou provedli Wedekind a kol., byly ženy požádány, aby cítily mužské axilární pachy nashromážděné na tričkách různých mužů. Ženy, které měly ovulaci, hodnotily pachy MHC-rozdílných mužů jako příjemnější než pachy MHC-podobných mužů. Navíc pachy MHC-rozdílných mužů ženám často připomínaly současné nebo bývalé partnery, což naznačuje, že pach – konkrétně pach pro MHC-rozdílnost – hraje roli při výběru partnera.

V další studii, kterou provedl Wedekind et al, bylo 121 žen a mužů požádáno, aby seřadili příjemnost vůní zpocených triček. Po čichání ke košilím bylo zjištěno, že muži a ženy, kteří byli připomínáni svému vlastnímu partnerovi nebo bývalému partnerovi, měli s nositelem společného dramaticky méně alel MHC, než by se očekávalo náhodou. Pokud výběr pro košile nebyl náhodný a ve skutečnosti byl vybrán pro alely MHC-nepodobné, naznačuje to, že genetické složení MHC ovlivňuje volbu partnera. Navíc, když byl statisticky započítán stupeň podobnosti mezi nositelem a čichačem, neexistoval již významný vliv MHC na preferenci vůní. Výsledky ukazují, že podobnost nebo nepodobnost MHC určitě hraje roli při volbě partnera. Konkrétně je vybrána volba MHC-nepodobného partnera a méně podobné kombinace MHC.

Jeden zajímavý aspekt Wedekindova experimentu spočíval v tom, že na rozdíl od normálně cyklistických žen ženy užívající perorální antikoncepci preferovaly vůně MHC podobných mužů. To by naznačovalo, že pilulka může narušovat adaptivní preferenci odlišnosti.

U jiných primátů je také prokázána volba partnera spojená s MHC. U lemura myšího Microcebus murinus bylo prokázáno, že došlo k postkopulační volbě partnera, která je spojena s genetickou konstitucí. Bylo prokázáno, že otcové jsou více MHC-nepodobní matce než náhodně testovaní samci. Kromě toho měli otcové více rozdílů v rozmanitosti aminokyselin a mikrosatelitů než náhodně testovaní samci. Existuje hypotéza, že je to způsobeno ženskou kryptickou volbou.

U myší si samci i samice vybírají partnery odlišné od MHC. Je také známo, že u myší se vyvine schopnost identifikovat členy rodiny během raného růstu a je známo, že se vyhýbají příbuzenskému křížení s příbuznými, což by podpořilo hypotézu výběru partnera MHC pro zamezení příbuzenského křížení.

Samičky vrabců savanových, Passerculus sandwichensis, si vybraly k páření samečky nepodobné MHC. Je také známo, že samičky se častěji zapojují do mimopárových vztahů, pokud jsou spárovány s MHC-podobnými samečky a jsou k dispozici nepodobnější samičky. Podobně rozmanitost MHC u vrabců domácích, Passer domesticus, naznačuje, že dochází k výběru MHC-disassortative partnera.

Bylo rovněž prokázáno, že MHC zprostředkovaná volba partnera existuje u švédských písečných ještěrek Lacerta agilis. Samice se raději stýkaly se vzorky pachů získanými od samců vzdáleněji příbuzných na místě MHC I.

I když je mnoho druhů společensky monogamních, samice mohou akceptovat nebo aktivně vyhledávat páření mimo vztah; mimopárové otcovství je vzor páření, o kterém je známo, že souvisí s volbou partnera spojeného s MHC. Ptáci jsou jednou z nejčastěji studovaných skupin zvířat, která vykazují toto sexuální chování. V šarlatové růžové barvě Carpocus erythrinus se samice věnovaly mimopárovému otcovství mnohem méně často, když jejich partneři byli MHC-heterozygotní. U Seychelské pěnice Acrocephalus sechellensis nebyl žádný důkaz o variaci MHC mezi sociálními partnery. Nicméně, když byli samičí sociální partneři podobní MHC, byli více náchylní k účasti na mimopárovém otcovství; ve většině případů byl mimopárový samec výrazně více MHC-nepodobný než společenský partner.

MHC-zprostředkovaná volba partnera může nastat také po kopulaci na gametické úrovni, prostřednictvím soutěže spermií nebo ženské kryptické volby. Losos atlantský, Salmo salar, je jedním z druhů, u kterých je soutěž spermií ovlivněna variací v komplexu hlavní histokompatibility, konkrétně variací alel třídy I. Bylo zjištěno, že samci lososa atlantského mají vyšší míru úspěšného oplodnění, když soutěží o vajíčka od samic geneticky podobných v genech třídy I MHC.

Dalším druhem, který vykazuje mystickou volbu spojenou s MHC, je Artctic charr Salvelinus alpinus. V tomto případě se však zdá, že výběr spermií je více závislý na vajíčku. Bylo zjištěno, že MHC-heterozygotní samci mají výrazně větší úspěšnost oplodnění než MHC-homozygotní samci; nebylo prokázáno, že by počet spermií, pohyblivost a rychlost plavání významně souvisely s podobností nebo odlišností při MHC. Navrhuje se, aby existoval systém přitažlivosti chemoterapie zodpovědný za to, že samotné vajíčko je schopno rozlišovat a selektivně si vybírat mezi MHC-heterozygotními a MHC-homozygotními samci.

Na rozdíl od lososa atlantského a sivena arktického je červená pralesní drůbež Gallus gallus druhem, u kterého samci místo samic projevují záhadné preference. Samec pralesní drůbeže nevykazoval žádné preference, pokud byl současně prezentován jak s MHC-nepodobnou, tak s MHC-podobnou samicí. Nicméně vykázal záhadné preference tím, že přidělil více spermií více MHC-nepodobné z těchto dvou.

Samci ještěrky písečné Lacerta agilis se chovají podobně jako samci pralesní drůbeže. Ukázalo se, že počáteční kopulace mezi samcem a samicí bez soupeřů se prodloužila, když samec vycítil vyšší plodnost samice. Druhý samec však upravil délku své kopulace v závislosti na příbuznosti mezi samicí a prvním samcem, o níž se předpokládá, že je určena MHC-zápachem kopulační zátky. Užší genetická příbuznost mezi samcem a samicí ještěrky písečné zvýšila šance na úspěšné oplodnění a míru otcovství u druhého samce.

Potratová selekce může být také formou záhadné ženské volby. Mnoho studií na lidech a hlodavcích zjistilo, že samice mohou spontánně přerušit těhotenství, ve kterém je potomek příliš podobný MHC. Navíc je pravděpodobnější, že in vitro oplodnění selže, když mají páry podobné geny MHC.

Pokud se samci pokusí zmařit výběr samice pářením se samicí proti její vůli, sexuální konflikt může narušit volbu kompatibility u genů MHC.

U lososa Oncorhyncus tshawytscha z čeledi Chinook bylo prokázáno, že samice se chovají agresivněji vůči samcům podobným MHC než samci odlišní MHC, což naznačuje přítomnost volby samice. Navíc samci také směřovali agresi vůči samicím podobným MHC. To bylo doprovázeno mužským obtěžováním nereceptivních samic; nicméně existovala pozitivní korelace mezi mužskou agresí a reprodukční úspěšností. Schopnost samců přemoci původní volbu samice samice vedla k tomu, že potomci cílů mužské agrese měli nízkou genetickou rozmanitost. K potomstvu s vysokou genetickou rozmanitostí zřejmě docházelo pouze tehdy, když byl operační poměr pohlaví zaujatý samicemi, kdy samice byly s větší pravděpodobností schopny uplatnit volbu samice a u samců byla menší pravděpodobnost obtěžování samic. Tyto výsledky naznačují, že sexuální konflikt může zasahovat do volby samice pro „dobré“ geny MHC.

Další informace o sexuálních konfliktech najdete na Interlocus Sexual Conflict

Velký komplex histokompatibility

Tělesný zápach a podvědomá sexuální přitažlivost člověka