Characterization of MHC class II variation in feral pigeons – copy number variation, polymorphism, and selection

顎を持つ脊椎動物を持つすべての動物は、侵入者を認識するために設計された洗練された内部セキュリティシステムを備えています。このシステムの中心には、主要組織適合遺伝子複合体（MHC）として知られる特定の遺伝子群が存在します。これらの遺伝子を、細胞の表面に身に着けられた「識別バッジ」の設計図と考えてみてください。これらのバッジはタンパク質の断片を表示し、その細胞が健康な身体の一部であるのか、あるいはウイルスや細菌を運んでいる外来の侵入者であるのかを免疫系に伝える「視覚的な成績表」として機能します。もし免疫系がそのバッジを外来のものと認識すれば、脅威を排除するための攻撃を開始します。病原体の世界は絶えず変化しているため、これらの識別バッジは非常に多様でなければなりません。もし種内のすべての個体が全く同じデザインのバッジを持っていたら、単一の新しい疾患によって全個体数が全滅してしまう可能性があります。そのため、自然界は幅広いバッジのデザインを好みます。これにより、少なくとも一部の個体は常に新しい脅威を認識し、撃退できることが保証されるのです。

科学者たちはヒトや鶏のような家畜におけるこれらの遺伝的システムを詳細に研究してきましたが、ドメスティック・ピジョン（家禽としての鳩）については、この点において謎のまま残されてきました。これらの鳥は都市のいたるところに存在していますが、その特定の免疫遺伝学は徹底的には解明されていません。ある研究チームは、ポーランドの5つの主要都市に生息するフェラル・ピジョン（野生化した鳩）の免疫遺伝子を調査することで、この空白を埋めるべく取り組みました。彼らは、細胞外病原体と戦う責任を負う特定の免疫部分に焦 So し、各個体がこれらの遺伝子のコピーをいくつ持っているか、そしてそれらのコピーの中にどれほどの多様性が存在するかに注目しました。彼らの研究は、これら一般的な都市の鳥たちが、以前想定されていたよりも複雑な遺伝的構造を持っていることを明らかにしました。すなわち、個体ごとに異なる数の免疫遺伝子コピーを保持しており、2つの古代の遺伝子ファミリーの間で明確な進化パターンを示しているのです。

研究者たちはグダンスク、クラクフ、ウッチ、ワルシャワ、およびヴロツワフから200羽の鳩を捕獲し、各個体から少量の血液サンプルを採取しました。そして、高度なDNAシーケンシングを用いて、DAB1およびDAB2として知られる2つの特定の免疫系統（リネージ）を調べました。これらは、数百万年にわたって鳥類の中で保存されてきた、同じ遺伝子ファミリーの古代のバージョンです。チームは単に異なるバージョンの遺伝子がいくつ存在するかを数えただけでなく、単一の鳥のDNAの中にそれぞれの遺伝子のコピーがいくつ存在するかについても解明しようと試みました。これは困難な作業です。なぜなら、標準的なDNAテストでは、特にそれらのコピーが非常に似通っている場合、鳥が1つのコピーを持っているのか、あるいは複数持っているのかを判別するのが難しいからです。研究者たちは、遺伝配列のパターンを注意深く分析することで、各個体の遺伝的構成を高い精度で再構築することができました。

彼らは、鳩が中程度の多様性を持つ免疫遺伝子を保持していることを見出しました。グループ全体を通して、チームは19種類の異なるバージョンのDAB1遺伝子と、24種類の異なるバージョンのDAB2遺伝子を特定しました。しかし、最も驚くべき発見は、単なる多様性ではなく、コピーの数でした。ほとんどの鳥は、各遺伝系統のコピーを1つずつ持っているように見え、これは標準的な期待通りです。しかし、かなりの数の個体が追加のコピーを保持していました。DAB1遺伝子を3つ持つ個体もいれば、DAB2遺伝子を最大3つ持つ個体もいました。これは、同じ種の中であっても、異なる鳥たちがこれら重要な免疫遺伝子の異なる数を持っていることを意味します。研究者たちは、これらの追加コピーがランダムなエラーではなく、一部の鳥が受け継いだ特定の遺伝的パッケージ、すなわちハプロタイプの一部であることを突き止めました。実際、ある鳩は、単一の遺伝子コピーを持つ1つの遺伝的パッケージと、3つの遺伝子コピーを持つ別のパッケージを保持しており、その結果、その個体において合計4つのコピーを持っていることが分かりました。

この研究はまた、これら2つの古代の遺伝系統、DAB1とDAB2が異なる方法で進化していることも明らかにしました。これらは関連していますが、異なる道を歩んできました。DAB2系統は、免疫システムが新しい病原体を認識するために変化し続けるように作用する進化圧、すなわち「多様化選択」の強いシグナルを示しました。これは、DAB2が多様性と適応力を維持するために強烈な圧力にさらされていることを示唆しています。対照的に、DAB1系統は、既存の組み合わせを作り出すために遺伝物質を交換するプロセスである「組換え」の強いシグナルを示しました。これは、DAB1が新しい変化を蓄積することに依存するDAB2とは異なり、既存の遺伝物質をシャッフルして多様性を生み出すことに依存していることを示しています。さらに、研究者たちは、鳩における追加の遺伝子コピーは多様性が高くはなく、メインのコピーと非常に似ている傾向があることを見出しました。これは、それらがゲノムへの比較的最近の追加であり、独自のアイデンティティを発展させるための時間がまだ十分に経過していないことを示唆しています。

これらの知見は、免疫遺伝子のコピー数の変動が珍しい偶然ではなく、鳥類における一般的な特徴である可能性を示唆しています。フェラル・ピジョンが、人間と共に生活し都市環境に適応してきた長い歴史を持っていることを踏まえると、この変異が存在するという事実は、彼らの免疫システムの複雑さを浮き彫りにしています。研究者たちは、これらの鳩における全体的な遺伝的多様性は比較的低いと指摘しましたが、これは彼らの家畜化の歴史や個体数減少（ボトルネック）に関する知見と一致しています。この低い多様性にもかかわらず、一部の個体に複数の遺伝子コピーが存在することは、病原体に富んだ都市環境で生き残るための層となる複雑さを加えている可能性があります。本研究は、ドメスティック・ピジョンが、特に遺伝子の重複と変異がどのように疾患との戦う能力に寄与するかという、免疫系の進化を理解するための貴重なモデルであることを結論付けています。これらの一般的な鳥たちが異なる数の免疫遺伝子を保持していることを明らかにすることで、本研究は、これらの遺伝的な違いが鳥自身、そして彼らの近くに住む人間双方の健康にどのように影響するかという、さらなる調査への扉を開くものとなります。