ABSTRACT
O Plasmodium vivax representa um grande desafio no controle da malária devido a sua vasta distribuição ao redor do globo, grande frequência de infecções sub microscópicas e habilidade de induzir recaídas em consequência das formas evolutivas que podem ficar latentes no fígado por longos períodos (hipnozoítos). O recente aumento de cepas de P. vivax resistentes aos fármacos disponíveis, a evolução de formas mais virulentas do parasito e a produção precoce de gametócitos, característica desta espécie, contribuem para classificar a malária vivax como um problema de saúde pública que merece atenção. Ainda que reconhecido por suas características biológicas peculiares e pelo agravamento recente de sua virulência, poucos investimentos têm sido feitos no desenvolvimento de ferramentas de controle para vivax. Portanto, o presente estudo teve como objetivo identificar e caracterizar novos alvos potenciais utilizando amostras de diferentes áreas endêmicas ao redor do mundo (Brasil, Mali, Camboja e Estados Unidos da América). Para tanto, investigamos e caracterizamos uma proteína recém descoberta na urina de pacientes naturalmente infectados (PvVir14); e descrevemos o potencial imunogênico de epítopos de células B de uma das proteínas mais bem caracterizadas de P. vivax, a PvAMA-1. Anti-IgG circulantes contra PvVir14 apareceram em 61% e 34.5% dos indivíduos do Brasil e Camboja, respectivamente, enquanto que indivíduos de Mali (infectados com falciparum e não expostos a vivax), tiveram 0% de reconhecimento. Ainda, os níveis de anti-PvVir14 correlacionaram-se com aqueles contra outros antígenos de vivax já bem caracterizados, como a PvCSP e a PvDBP, que foram reconhecidos por 7.6% e 42% dos indivíduos respectivamente. Com relação ao perfil celular, indivíduos sororreativos para PvVir14 apresentaram níveis significativamente maiores de células B atípicas circulantes (CD 21- CD 27-), sugerindo que tal tipo celular possa estar ligado à resposta anti-PvVir14. Entre as células T, os níveis de CD4+ e CD8+ diferiram entre indivíduos com e sem anticorpos contra PvVir14 (menor e maior expressão, respectivamente), enquanto que os níveis de células NKT foram mais expressivos em indivíduos sem anti-PvVir14. Se tratando da PvAMA-1, a antigenicidade dos peptídeos com epítopos para células B previamente selecionados foi avaliada através de múltiplos ensaios sorológicos utilizando amostras de indivíduos com infecção aguda por P.vivax do norte do Brasil. Os peptídeos sintéticos foram reconhecidos por 45.5%, 48.7% e 31.2% (PI, PII e PII, respectivamente) dos indivíduos selecionados para o estudo. Quando sintetizados em conjunto (tripeptídeo), a reatividade aumentou para 62%, porcentagem comparável àquela obtida pela proteína em sua forma e tamanho originais (57%). Além disso, a reatividade anti-IgG conta o tripeptídeo foi reduzida em 42% pós-depleção, indicando que tais epítopos podem ser responsáveis por parte considerável da imunogenicidade da proteína. Esses resultados representam uma excelente perspectiva na identificação de novos alvos com potencial imunogênico para compor uma vacina, ou auxiliar no desenvolvimento de outras medidas de controle, como testes diagnósticos, já que contemplar diversos alvos do ciclo de vida do parasito parece ser a chave para alcançar a resposta robusta e protetora que uma vacina contra a malária vivax precisa para ter sucesso.
Plasmodium vivax is a major challenge for malaria control due to its wide geographic distribution, high frequency of submicroscopic infections, and ability to induce relapses due to the latent forms present in the liver (hypnozoites). The recent increase in drug-resistant P. vivax strains, the evolution toward more virulent forms and the early production of gametocytes adds up to make P. vivax malaria a public health issue of increasing importance. Besides its tricky biological features and new awareness of its virulence, minimal investments have been made in vaccine discovery for P. vivax. Given that, this study aimed to discover and characterize potential new targets for future vaccine development using samples from different endemic areas around the world (Brazil, Mali, Cambodia and United States of America). For this purpose, we investigated and characterized a novel protein recently discovered in the urine of naturally infected subjects (PvVir14) and described the immunogenic potential of peptides from a well-known vivax protein (PvAMA-1), which has been proved to have important B cell epitopes that can induce specific immune response. Circulating antibodies against PvVir14 appeared in 61% and 34.5% of subjects from Brazil and Cambodia, respectively, versus none (0%) of the P. falciparum-infected subjects from Mali who have no exposure to P. vivax. PvVir14 antibody levels correlated with those against other well-characterized sporozoite/liver (PvCSP) and blood stage (PvDBP-RII) antigens, which were recognized by 7.6% and 42% of Brazilians, respectively. Concerning the cellular immune profiling of Brazilian subjects, PvVir14 seroreactive individuals displayed significantly higher levels of circulating atypical (CD21− CD27−) B cells, raising the possibility that atypical B cells may be contribute to the PvVir14 antibody response. Among T cells, CD4+ and CD8+ levels differed (lower and higher, respectively) between subjects with versus without antibodies to PvVir14, while NKT cell levels were higher in those without antibodies. As for PvAMA-1, the antigenicity of the selected B-cell peptides was assessed by multiple serological assays using sera from acute P.vivax infected subjects. The synthetic peptides were recognized by 45.5%, 48.7% and 32.2% of infected subjects for peptides I, II and III respectively. Moreover, when synthetized together (tripeptide), the reactivity increases up to 62%, which is comparable to the reactivity found against the whole protein PvAMA-1 (57%). Furthermore, IgG reactivity against the tripeptide after depletion was reduced by 42%, indicating that these epitopes may be responsible for a considerable part of the protein immunogenicity. These results represent an excellent perspective on discovering new targets with immunogenic potential to compose a vaccine, or even to assist the development of other control measures, such as diagnostic tools, since contemplating several targets seems to be the key to achieving a robust and protective response that a malaria vaccine needs to be successful.
Subject(s)
Plasmodium vivax , Immunity, Humoral , Malaria , Academic Dissertation , EpitopesABSTRACT
OBJECTIVES@#To do mapping and modeling of conformational B cell epitope regions of highly conserved and protective regions of three merozoitecandidate vaccine proteins of Plasmodium vivax (P. vivax), ie. merozoite purface protein-1 (PvMSP-1), apical membrane antigen -1 domain ∏ (PvAMA1-D∏) and region ∏ of the Duffy binding protein (PvDBP∏), and to analyze the immunogenic properties of these predicted epitopes.@*METHODS@#3-D structures of amino acid haplotypes from Sri Lanka (available in GeneBank) of PvMSP-119 (n=27), PvAMA1-D∏ (n=21) and PvDBP∏ (n=33) were modeled. SEPPA, selected as the best online server was used for conformational epitope predictions, while prediction and modeling of protein structure and properties related to immunogenicity was carried out with Geno3D server, SCRATCH Protein Server, NetSurfP Server and standalonesoftware, Genious 5.4.4.@*RESULTS@#SEPPA revealed that regions of predicted conformational epitopes formed 4 clusters in PvMSP-I19, and 3 clusters each in PvAMA1-D∏ and PvDBP∏, all of which displayed a high degree of hydrophilicity, contained solvent exposed residues, displayed high probability of antigenicity and showed positive antigenic propensity values, that indicated high degree of immunogenicity.@*CONCLUSIONS@#Findings of this study revealed and confirmed that different parts of the sequences of each of the conserved regions of the three selected potential vaccine candidate antigens of P. vivax are important with regard to conformational epitope prediction that warrants further laboratory experimental investigations in in vivo animal models.
ABSTRACT
O Antígeno 1 de Membrana Apical (AMA-1) é um dos mais promissores candidatos a vacina contra a fase sanguínea da malária. No presente estudo, geramos uma nova proteína recombinante baseada no ectodomínio de AMA-1 de P. vivax (PvAMA-1) a partir do gene sintético com códon otimizado para expressão secretada na levedura Pichia pastoris. Por ELISA, a proteína PvAMA-1 foi reconhecida por 62,5% dos soros de pacientes da Amazônia brasileira infectados por P. vivax. A imunogenicidade de PvAMA-1 foi avaliada em camundongos BALB/c, utilizando protocolos homólogos e heterólogos de indução e reforço com DNA plasmidial e/ou proteína recombinante, emulsificada em Adjuvante de Freund. Os resultados mostraram que a eficiência da imunização é dependente da presença da proteína emulsificada em adjuvante forte. As imunizações subseqüentes foram realizadas com a proteína recombinante emulsificada em diferentes adjuvantes: sais de alumínio (Alum), Monophosphoryl Lipid A (MPLA) de Bordetella pertussis, flagelina FliC de Salmonella Typhimurium, saponina Quil A e Adjuvante Incompleto de Freund (AIF). Os resultados demonstraram que as imunizações na presença de Quil A e AIF foram capazes de induzir altos títulos de anticorpos IgG e uma resposta de isotipos de IgG mais balanceada, caracterizando um padrão do tipo Th1/Th2. Títulos de anticorpos mais baixos, mas também expressivos, foram obtidos na presença de Alum, MPLA, Alum + MPLA e Alum + FliC. A análise da resposta proliferativa, por citometria de fluxo utilizando marcação com CFSE, mostrou que células esplênicas CD3+CD4+, assim como CD3+CD8+, de animais imunizados com PvAMA-1 na presença dos adjuvantes Alum, Alum + MPLA, Quil A e AIF foram capazes de proliferar especificamente in vitro. Por imunofluorescência, soros policlonais de camundongos imunizados com o antígeno na presença de MPLA e Quil A foram capazes de reconhecer a proteína nativa expressa em isolados de P. Vivax da Ásia. Visando futuros testes pré clínicos em primatas não humanos, a proteína PvAMA-1 foi produzida em boas práticas de laboratório (BPL) por uma companhia especializada e o potencial imunogênico da proteína foi confirmado em imunizações posteriores. Em conjunto, nossos resultados demonstram que PvAMA-1 é um antígeno promissor para ser explorado em protocolos de imunização contra malária vivax, individualmente, ou em combinação com outros antígenos
The Apical Membrane Antigen 1 (AMA-1) is one of the most promissing vaccine candidates against the erythrocytic stage of malaria. In the present study we generated a new recombinant protein based on AMA-1 ectodomain of P. vivax (PvAMA-1) using a synthetic codon optimized gene for yeast secreted expression. By ELISA, the protein PvAMA-1 was recognized by 62,5% of the sera from Brazilian Amazonia patients infected by P. vivax. The immunogenicity of PvAMA-1 was evaluated in BALB/c mice using homologous and heterologous protocols of prime and boost with plasmidial DNA and/or recombinant protein emulsified in Freund adjuvant. The results showed that the efficiency of immunization is dependent on the presence of a strong adjuvant. The following immunizations were conducted using the protein emulsified in different adjuvants: aluminium salts (Alum), Monophosphoryl Lipid A (MPLA) of Bordetella pertussis, flagelin FliC of Salmonella Typhimurium, saponin Quil A and Incomplete Freund's Adjuvant (IFA). The results showed that immunizations in the presence of Quil A e IFA were able to induce high IgG titers and a more balanced IgG isotypes response, featuring a standard type Th1/Th2. Lower antibody titers, but also significant, were obtained in the presence of Alum, MPLA, Alum + MPLA and Alum + FliC. The proliferative cellular analysis, by flow cytometry using CFSE staining, showed that splenic cells CD3+CD4+, as well as CD3+CD8+ from immunized mice that received PvAMA-1 with Alum, Alum + MPLA, Quil A and IFA were specifically able to proliferate in vitro. By immunofluorescence, the polyclonal sera from mice immunized with the antigen in the presence of MPLA and Quil A were able to recognize native protein expressed in Asian P. vivax isolates. Aiming future pre-clinical assays in non-human primates, the protein PvAMA-1 was produced in good laboratory practices (GLP) conditions by a specialized company and its immunogenic efficiency was confirmed in later immunizations. Altogether, our results showed that PvAMA-1 is a promissor antigen to be explored in immunization protocols against vivax malaria, individually, or combined with other antigens.