進化：エピスタシスは分子進化の主要な要因である
Nature 490, 7421 doi: 10.1038/nature11510
長期的な分子進化を進める主な原動力は、いまだによく解明されていない。アミノ酸置換のかなりの部分は、正の選択によって固定されているようだが、タンパク質の長期的進化がエピスタシス（すなわち、1つの遺伝子型の下では受容される置換が別の遺伝子型の下では有害であるような場合）による制約をどの程度受けるかについては、よくわかっていない。今回我々は、14種類の細胞小器官タンパク質と核にコードされる2種類のタンパク質について、アミノ酸の出現頻度のデータと短期的な進化速度とを関連付けることにより、タンパク質の長期的進化にエピスタシスがどの程度関与するかを定量的に推定した。これら16種類のタンパク質それぞれについて、系統発生的に多様な生物種由来の少なくとも1,000個のオルソログの多重アラインメントを調べ、平均的な部位1か所には約8個の異なったアミノ酸が含まれていることを見いだした。つまり、エピスタシスがなければ、平均的部位は考えられる全アミノ酸の5分の2を受容するはずであり、したがってアミノ酸置換の平均速度は中立進化速度よりも約5分の3低いはずである。しかし、最近の進化について測定されたアミノ酸置換速度は、中立進化速度の20分の1であり、エピスタシスがない場合の推定速度よりも1桁小さい。これらのデータは、タンパク質進化の全般にわたってエピスタシスが広く存在していることを示している。全アミノ酸置換の約90％は、それが起こった遺伝的背景の下でだけ中立または有利であり、したがって、別の生物種の異なった遺伝的背景の下では必然的に有害ということになる。これらの知見から、ほとんどのアミノ酸置換は生物種によって適応効果が異なることが明らかになり、エピスタシスがタンパク質の長期的進化の速度や様式を説明する主要な概念的枠組みとなることがわかった。
