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Complejo mayor de histocompatibilidad y selección sexual

Se ha observado selección sexual del MHC en la reinita azul de garganta negra . Los genes del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH) codifican proteínas de la superficie ce...

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Se ha observado selección sexual del MHC en la reinita azul de garganta negra .

Los genes del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH) codifican proteínas de la superficie celular que facilitan la respuesta inmunitaria del organismo frente a los patógenos, así como su capacidad para evitar atacar a sus propias células. Estos genes han mantenido un nivel excepcionalmente alto de diversidad alélica a lo largo del tiempo y en diferentes poblaciones. Esto significa que, para cada gen CMH, existen de forma consistente numerosos alelos (o variantes genéticas) dentro de la población, y muchos individuos son heterocigotos en los loci CMH (es decir, poseen dos alelos diferentes para un locus genético determinado).

La vasta fuente de variación genética que afecta la aptitud de un organismo proviene de la carrera armamentística coevolutiva entre huéspedes y parásitos. Existen dos hipótesis para explicar la alta diversidad del MHC, las cuales no son mutuamente excluyentes. Una es que existe una selección para que los individuos posean un conjunto diverso de alelos del MHC, lo cual ocurriría si los heterocigotos del MHC son más resistentes a los patógenos que los homocigotos; esto se denomina ventaja del heterocigoto . La segunda es que existe una selección que experimenta un ciclo dependiente de la frecuencia; esto se denomina hipótesis de la Reina Roja .

Existe evidencia de que muchos vertebrados, incluidos los humanos, seleccionan a sus parejas basándose en señales de "compatibilidad" entre sus alelos del MHC, con preferencia por parejas con alelos diferentes a los suyos, lo que resulta en emparejamientos que tienden a producir descendencia más heterocigota. Existen varias hipótesis propuestas que abordan cómo las preferencias de apareamiento asociadas al MHC podrían ser adaptativas y cómo se ha mantenido una cantidad inusualmente grande de diversidad alélica en el MHC. [ 1 ] [ 2 ]

Hipótesis

En la primera hipótesis, si los individuos heterocigotos en el MHC son más resistentes a los parásitos que los homocigotos , entonces es beneficioso para las hembras elegir parejas con genes MHC diferentes a los suyos, y resultaría en descendencia heterocigota para el MHC; esto se conoce como apareamiento disasortativo . La hipótesis afirma que los individuos con un MHC heterocigoto serían capaces de reconocer una gama más amplia de patógenos y, por lo tanto, de inducir una respuesta inmune específica contra un mayor número de patógenos, teniendo así una ventaja inmunológica . Desafortunadamente, la hipótesis de la ventaja del heterocigoto para el MHC no se ha probado adecuadamente. [ 2 ] Los genes inmunes no MHC en diferentes especies exhiben desventaja para el heterocigoto, o ninguna ventaja. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] En ratones, el aumento de la heterocigosidad del MHC reduce la aptitud, desafiando esta hipótesis. Las hembras heterocigotas para el MHC tuvieron una aptitud significativamente reducida en comparación con las homocigotas. [ 9 ] Este hallazgo se ha replicado en otro estudio en ratones y nuevamente en peces. [ 10 ] [ 11 ] En algunos casos, el exceso de heterocigosidad puede conducir a una menor aptitud. [ 12 ]

La hipótesis de optimización afirma que una variabilidad excesiva en el MHC puede provocar que las células T no distingan entre sí lo propio, aumentando así el riesgo de enfermedades autoinmunes. Esto conferiría una mayor aptitud a los individuos con un grado reducido de diversidad del MHC. [ 6 ] [ 13 ] Las enfermedades autoinmunes están asociadas con los loci del MHC. En los humanos, aquellos con mayor diversidad del MHC tienen un mayor riesgo de padecer trastornos autoinmunes. La diversidad del MHC puede ser baja "porque los péptidos extraños deben destacarse del contexto propio". A nivel individual, la diversidad del MHC tiende a ser baja. En muchas especies, existe una heterocigosidad intermedia en el MHC. La evidencia general respalda que la heterocigosidad intermedia del MHC es la mejor. [ 14 ]

La hipótesis de la Reina Roja postula que la diversidad del MHC se mantiene gracias a los parásitos. Si los alelos del MHC de los individuos confieren diferentes resistencias a un parásito específico, el alelo con mayor resistencia se ve favorecido, seleccionado y, en consecuencia, se propaga por toda la población. La recombinación y la mutación generan nuevas variantes entre la descendencia, lo que puede facilitar una respuesta rápida a parásitos o patógenos de rápida evolución con tiempos de generación mucho más cortos. Sin embargo, si este alelo se vuelve común, aumenta la presión selectiva sobre los parásitos para evitar ser reconocidos por este alelo común. Una característica ventajosa que permite al parásito escapar del reconocimiento se propaga y provoca la selección en contra de lo que antes era un alelo resistente. Esto permite al parásito escapar de este ciclo de selección dependiente de la frecuencia , y dicho ciclo finalmente conduce a una carrera armamentística coevolutiva que puede favorecer el mantenimiento de la diversidad del MHC. Esta hipótesis cuenta con respaldo empírico. [ 15 ] [ 2 ] [ 16 ]

Los parásitos están en una constante carrera armamentística con su huésped: el opilión sufre de plaga de ácaros.

La hipótesis de evitación de la endogamia tiene menos que ver con las relaciones huésped-parásito que la hipótesis de la ventaja del heterocigoto o la hipótesis de la Reina Roja. La extrema diversidad en el MHC haría que los individuos que comparten alelos del MHC tuvieran más probabilidades de estar emparentados. Como resultado, una función del apareamiento disasortativo del MHC sería evitar el apareamiento con miembros de la familia y cualquier consecuencia genética dañina que pudiera ocurrir como resultado. La hipótesis afirma que la endogamia aumenta la cantidad de homocigosidad general, no solo localmente en el MHC, por lo que un aumento en la homocigosidad genética puede ir acompañado no solo de la expresión de enfermedades recesivas y mutaciones, sino también de la pérdida de cualquier ventaja potencial del heterocigoto. [ 17 ] [ 2 ] Los animales rara vez evitan la endogamia. [ 18 ] La hipótesis de evitación de la endogamia ha sido "descartada como explicación del patrón observado de preferencia de pareja dependiente del MHC" porque el parentesco no está asociado con la elección de pareja. [ 19 ]

En la búsqueda de pareja, a las hembras les conviene poder discriminar los genes considerados "malos" para mejorar la salud y la viabilidad de su descendencia. Si la elección de pareja por parte de las hembras se basa en genes considerados "buenos", se deduce que existe variación genética entre los machos. Además, cabría suponer que dicha diferencia genética también conlleva una diferencia en la aptitud, la cual podría ser objeto de selección.

Generalmente, el polimorfismo extremo de los genes MHC se selecciona mediante la carrera armamentística entre el huésped y el parásito (la hipótesis de la Reina Roja ); sin embargo, la elección de pareja no selectiva puede mantener la diversidad genética en algunas especies. Dependiendo de cómo los parásitos alteren la selección sobre los alelos MHC, la elección de pareja dependiente de MHC puede aumentar la aptitud de la descendencia al mejorar su inmunidad, como se mencionó anteriormente. Si esto ocurre, ya sea a través de la hipótesis de la ventaja del heterocigoto o de la hipótesis de la Reina Roja, entonces la selección también favorece las prácticas de apareamiento que dependen de MHC.

Las plumas coberteras superiores de la cola, exageradamente alargadas, forman la "cola" del pavo real.

Por lo tanto, la elección de pareja —con respecto al MHC— probablemente ha evolucionado de manera que las hembras eligen a los machos basándose en genes diversos (hipótesis de la ventaja del heterocigoto y la evitación de la endogamia) o en genes "buenos". El hecho de que las hembras elijan está seleccionado naturalmente, ya que sería una característica ventajosa para ellas poder elegir un macho que les proporcione un beneficio directo o indirecto. Como resultado de la elección femenina, se impone la selección sexual a los machos. Esto se evidencia en la "publicidad" genética; un ejemplo de ello sería la existencia de rasgos exagerados, como las elaboradas plumas de la cola de los pavos reales machos. Sin embargo, en los humanos, ambos sexos ejercen la elección de pareja.

La relación entre el olfato y el MHC

Se sabe que la selección sexual basada en el MHC involucra mecanismos olfativos en taxones de vertebrados como peces, ratones, humanos, primates, aves y reptiles. [ 1 ] En su nivel más básico, los humanos han estado familiarizados desde hace mucho tiempo con el sentido del olfato para determinar lo agradable o desagradable de sus recursos, alimentos, etc. En un nivel más profundo, se ha predicho que el olfato sirve para identificar personalmente a los individuos basándose en los genes del MHC. [ 20 ]

Sistema olfativo humano. 1: Bulbo olfatorio 2: Células mitrales 3: Hueso 4: Epitelio nasal 5: Glomérulo (olfato) 6: Células receptoras olfativas

La quimiosensación, uno de los sentidos más primitivos, ha evolucionado hasta convertirse en un sistema sensorial especializado. Los humanos no solo pueden detectar, sino también evaluar y responder a señales olfativas ambientales (químicas), especialmente aquellas que se utilizan para provocar respuestas conductuales y sexuales en otros individuos, también conocidas como feromonas . Las feromonas comunican la especie, el sexo y, quizás lo más importante, la identidad genética. Los genes del MHC constituyen la base a partir de la cual se desarrolla un conjunto de códigos olfativos únicos. [ 20 ]

Aunque no se conoce con exactitud cómo se reconocen los olores específicos del MHC, actualmente se cree que las proteínas unidas al surco de unión de péptidos del MHC podrían producir el odorante. Cada proteína MHC se une a una secuencia peptídica específica, generando un conjunto de complejos péptido-MHC de unión única para cada individuo. Durante la renovación celular, el complejo MHC-péptido se desprende de la superficie celular y los fragmentos se liberan en fluidos corporales como el suero sanguíneo, la saliva y la orina. Los científicos creen que la microflora comensal, microorganismos que recubren las superficies epiteliales expuestas al medio externo, como el tracto gastrointestinal y la vagina, degradan aún más estos fragmentos, que se vuelven volátiles durante este proceso. Recientemente, se ha demostrado que los receptores en el órgano vomeronasal de ratones se activan mediante péptidos con características similares a las de las proteínas MHC; se espera que estudios posteriores aclaren pronto la transformación exacta entre el genotipo MHC y un mecanismo olfativo. [ 1 ] [ 20 ] [ 21 ]

Evidencia empírica

En los humanos

La similitud del MHC en humanos se ha estudiado de tres maneras principales: olor, atractivo facial y elección de pareja. [ 22 ] Los estudios sobre el olor encuentran preferencias por la disimilitud del MHC, pero varían en los detalles, mientras que el atractivo facial favorece la similitud del MHC y los estudios sobre el apareamiento real son variados. [ 22 ]

Estudios específicos

Varios estudios sugieren que los humanos demuestran preferencias olfativas relacionadas con el MHC y la elección de pareja. Sin embargo, el papel del MHC en la elección de pareja humana ha sido relativamente controvertido. Un estudio realizado por Ober et al. examinó los tipos de HLA de 400 parejas en la comunidad huterita y encontró una cantidad de coincidencias de HLA entre esposos y esposas significativamente menor de lo esperado, considerando la estructura social de su comunidad. [ 23 ] Por otro lado, no se encontró evidencia de elección de pareja basada en el MHC en el mismo estudio de 200 parejas de tribus sudamericanas. [ 23 ]

Otros estudios han abordado la elección de pareja basándose en la preferencia por el olor. En un estudio realizado por Wedekind et al., se pidió a mujeres que olieran olores axilares masculinos recogidos en camisetas usadas por diferentes hombres. Las mujeres que estaban ovulando calificaron los olores de los hombres con MHC diferente como más agradables que los de los hombres con MHC similar. Además, los olores de los hombres con MHC diferente a menudo les recordaban a las mujeres a sus parejas actuales o anteriores, lo que sugiere que el olor —específicamente el olor asociado a la diferencia de MHC— juega un papel en la elección de pareja. [ 24 ]

En otro estudio realizado por Wedekind et al., se pidió a 121 mujeres y hombres que clasificaran la agradabilidad de los olores de camisetas sudadas. Al oler las camisetas, se descubrió que los hombres y las mujeres que recordaban a su propia pareja o expareja tenían significativamente menos alelos MHC en común con quien las llevaba puestas de lo que se esperaría por azar. Si la selección de camisetas no fue aleatoria, sino que se seleccionó en función de alelos MHC disímiles, esto sugiere que la composición genética del MHC sí influye en la elección de pareja. Además, cuando se tuvo en cuenta estadísticamente el grado de similitud entre quien llevaba la camiseta y quien la olía, ya no había una influencia significativa del MHC en la preferencia de olor. Los resultados muestran que la similitud o disimilitud del MHC ciertamente juega un papel en la elección de pareja. Específicamente, se selecciona la elección de pareja disasortativa del MHC y las combinaciones de MHC menos similares. [ 25 ] Un aspecto interesante del experimento de Wedekind fue que, a diferencia de las mujeres con ciclos menstruales normales, las mujeres que tomaban anticonceptivos orales preferían los olores de hombres con MHC similar. Esto sugeriría que la píldora puede interferir con la preferencia adaptativa por la disimilitud. [ 24 ] [ 25 ]

En los primates

Existe evidencia de selección de pareja asociada al MHC en otros primates. En el lémur ratón gris Microcebus murinus , la selección de pareja postcopulatoria está asociada con la constitución genética. Los padres presentan mayor disimilitud del MHC con respecto a la madre que los machos analizados al azar. Los padres tienen mayores diferencias en la diversidad de aminoácidos y microsatélites que los machos analizados al azar. Se hipotetiza que esto se debe a una selección críptica femenina. [ 26 ]

En otros animales

En ratones, tanto machos como hembras eligen parejas con MHC diferente. Los ratones desarrollan la capacidad de identificar a los miembros de la familia durante el crecimiento temprano y se sabe que evitan la endogamia con parientes, lo que respaldaría la hipótesis de la elección de pareja mediada por MHC para evitar la endogamia. [ 2 ]

Los peces son otro grupo de vertebrados que muestran una selección de pareja asociada al MHC. Los científicos estudiaron el salmón del Atlántico, Salmo salar , observando los efectos del MHC en salmones que desovaban de forma natural en el río, en comparación con cruces artificiales realizados en criaderos. Lógicamente, los cruces artificiales carecerían de los beneficios de la selección de pareja que estarían disponibles de forma natural. Los resultados mostraron que la descendencia de los salmones criados artificialmente estaba más infectada con parásitos: casi cuatro veces más que la descendencia que desovaba de forma natural. Además, la descendencia silvestre era más heterocigota para el MHC que la descendencia criada artificialmente. Estos resultados apoyan la hipótesis de la Ventaja Heterocigota de la selección sexual para la selección de pareja con MHC disímil. [ 27 ] En otro pez, el espinoso de tres espinas , se ha demostrado que las hembras desean diversidad de MHC en su descendencia, lo que afecta su selección de pareja. [ 28 ]

Las hembras de gorrión sabanero ( Passerculus sandwichensis ) eligieron machos con MHC diferente para aparearse. Las hembras tienen más probabilidades de entablar relaciones extramaritales si se emparejan con parejas con MHC similar y hay más parejas diferentes disponibles. De manera similar, la diversidad de MHC en los gorriones domésticos ( Passer domesticus ) sugiere que se produce una selección de pareja disasortativa basada en el MHC. [ 2 ]

Se ha demostrado que la selección de pareja mediada por el MHC existe en los lagartos de arena suecos, Lacerta agilis . Las hembras prefirieron asociarse con muestras de olor obtenidas de machos más distantemente emparentados en los loci MHC I. [ 29 ]

Aunque muchas especies son socialmente monógamas, las hembras pueden aceptar o buscar activamente el apareamiento fuera de la relación; [ 30 ] la paternidad extramarital es un patrón de apareamiento que se sabe que está asociado con la elección de pareja relacionada con el MHC. Las aves son uno de los grupos de animales más estudiados que exhiben este comportamiento sexual. En el camachuelo escarlata Carpocus erythrinus , las hembras participaban en la paternidad extramarital con mucha menos frecuencia cuando sus parejas eran heterocigotas para el MHC. [ 31 ] En la reinita de Seychelles Acrocephalus sechellensis , no había evidencia de variación del MHC entre parejas sociales. Sin embargo, cuando las parejas sociales de las hembras eran similares en el MHC, eran más propensas a participar en la paternidad extramarital; en la mayoría de los casos, el macho extramarital era significativamente más disímil en el MHC que la pareja social. [ 32 ]

La selección de pareja mediada por el MHC puede ocurrir después de la cópula, a nivel gamético, mediante competencia espermática o selección críptica femenina. El salmón del Atlántico , Salmo salar , es una especie en la que la competencia espermática está influenciada por la variación en el complejo mayor de histocompatibilidad, específicamente la de los alelos de clase I. Los machos de salmón del Atlántico tienen mayores tasas de fertilización exitosa cuando compiten por óvulos de hembras genéticamente similares en los genes de clase I del MHC. [ 33 ]

Otra especie que exhibe selección críptica asociada al MHC es la trucha ártica Salvelinus alpinus . En este caso, sin embargo, parece que la selección de espermatozoides depende más del óvulo. Se encontró que los machos heterocigotos para el MHC tenían un éxito de fertilización significativamente mayor que los machos homocigotos para el MHC; el recuento de espermatozoides, la motilidad y la velocidad de natación no mostraron una covariación significativa con la similitud o disimilitud en el MHC. Se propone que existe un sistema de quimioatracción responsable de que el óvulo mismo pueda discriminar y elegir selectivamente entre machos heterocigotos y homocigotos para el MHC. [ 34 ]

A diferencia del salmón del Atlántico y la trucha ártica, los machos del gallo rojo de la jungla (Gallus gallus), en lugar de las hembras, ejercen una preferencia críptica. Los machos no mostraron preferencia cuando se les presentaron simultáneamente una hembra con un complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) diferente y otra con un MHC similar. Sin embargo, sí mostraron una preferencia críptica al asignar más esperma a la hembra con el MHC más diferente. [ 35 ]

Los machos de lagartija de arena (Lacerta agilis) se comportan de forma similar a los machos de gallo de la jungla. Se ha demostrado que la cópula inicial entre un macho y una hembra sin rivales se prolonga cuando el macho percibe una mayor fecundidad en la hembra. Sin embargo, los segundos machos ajustan la duración de su cópula en función del parentesco entre la hembra y el primer macho, que se cree que está determinado por el olor del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) del tapón copulatorio. Un parentesco genético más cercano entre un macho y una hembra de lagartija de arena aumenta las probabilidades de una fecundación exitosa y la tasa de paternidad para el segundo macho. [ 36 ]

La selección abortiva podría ser una forma de elección femenina encubierta. Numerosos estudios en humanos y roedores han demostrado que las hembras pueden abortar espontáneamente embarazos en los que la descendencia presenta una similitud excesiva en el complejo mayor de histocompatibilidad (MHC). Además, la fertilización in vitro tiene mayor probabilidad de fracasar cuando las parejas comparten genes MHC similares.

Conflicto de salud mental y sexual

Si los machos intentan frustrar la elección de pareja de las hembras apareándose con ellas en contra de su voluntad, el conflicto sexual puede interferir con la elección de compatibilidad en los genes MHC.

In Chinook salmonOncorhyncus tshawytscha, females act more aggressively towards MHC-similar males than MHC-dissimilar males, suggesting the presence of female mate choice. Furthermore, males directed aggression at MHC-similar females. This was accompanied by male harassment of unreceptive females; however, there was a positive correlation between male aggression and reproductive success. The ability of the males to over-power the females' original mate choice resulted in the offspring of the targets of male aggression having low genetic diversity. Offspring with high genetic diversity seemed to happen only when the operational sex ratio was female-biased, when females were more likely to be able to exert mate choice, and males were less likely to harass females. These results suggest that sexual conflict may interfere with female mate choice for 'good' MHC genes.[37]

See also

References

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