Protective Epitopes of the Plasmodium falciparum SERA5 Malaria Vaccine Reside in Intrinsically Unstructured N-Terminal Repetitive Sequences

L'antigène candidat du vaccin antipaludique, SE36, est basé sur le domaine N-terminal de 47 kDa de l'antigène de répétition 5 de la sérine de Plasmodium falciparum (SERA5). Dans des études épidémiologiques, nous avons précédemment montré les effets inhibiteurs des anticorps spécifiques de SE36 sur la croissance parasitaire in vitro et la corrélation négative entre le niveau d'anticorps et les symptômes du paludisme. Un essai de phase 1b du vaccin BK-SE36 en Ouganda a permis d'obtenir une efficacité protectrice de 72 % contre le paludisme symptomatique chez les enfants âgés de 6 à 20 ans au cours de la période de suivi de 130 à 365 jours après la deuxième vaccination. Ici, nous avons effectué une cartographie des épitopes avec des peptides synthétiques couvrant toute la séquence de SE36 pour identifier et cartographier les épitopes dominants dans le sérum adulte ougandais présumé avoir une immunité clinique contre le paludisme à P. falciparum. Les sérums à titre élevé des adultes ougandais ont principalement réagi avec des peptides correspondant à deux régions N-terminales successives de SERA5 contenant des répétitions d'octamères et des séquences riches en sérine, régions de SERA5 qui avaient précédemment été signalées comme ayant un polymorphisme limité. Les anticorps purifiés par affinité reconnaissant spécifiquement les répétitions d'octamères et les séquences riches en sérine présentaient une activité élevée d'inhibition cellulaire dépendante des anticorps (ADCI) qui inhibait la croissance du parasite. De plus, les prédictions de la structure protéique et l'analyse structurelle de SE36 à l'aide de méthodes spectroscopiques ont indiqué que les régions N-terminales possédant des épitopes inhibiteurs sont intrinsèquement non structurées. Collectivement, ces résultats suggèrent que la structure tertiaire stricte des épitopes SE36 n'est pas nécessaire pour obtenir des anticorps protecteurs chez les adultes ougandais naturellement immunisés.

El antígeno candidato a vacuna contra la malaria, SE36, se basa en el dominio N-terminal de 47 kDa del antígeno de repetición de serina 5 de Plasmodium falciparum (SERA5). En estudios epidemiológicos, hemos demostrado previamente los efectos inhibidores de los anticuerpos específicos de SE36 sobre el crecimiento del parásito in vitro y la correlación negativa entre el nivel de anticuerpos y los síntomas de la malaria. Un ensayo de fase 1 b de la vacuna BK-SE36 en Uganda provocó una eficacia protectora del 72% contra la malaria sintomática en niños de 6 a 20 años durante el período de seguimiento 130-365 días después de la segunda vacunación. Aquí, realizamos un mapeo de epítopos con péptidos sintéticos que cubren toda la secuencia de SE36 para identificar y mapear epítopos dominantes en suero adulto ugandés que se presume que tiene inmunidad clínica contra la malaria por P. falciparum. Los sueros de alto título de los adultos ugandeses reaccionaron predominantemente con péptidos correspondientes a dos regiones N-terminales sucesivas de SERA5 que contienen repeticiones de octámeros y secuencias ricas en serina, regiones de SERA5 que previamente se informó que tenían polimorfismo limitado. Los anticuerpos purificados por afinidad que reconocen específicamente las repeticiones de octámeros y las secuencias ricas en serina exhibieron una alta actividad de inhibición celular dependiente de anticuerpos (ADCI) que inhibió el crecimiento del parásito. Además, las predicciones de la estructura de la proteína y el análisis estructural de SE36 utilizando métodos espectroscópicos indicaron que las regiones N-terminales que poseen epítopos inhibidores están intrínsecamente desestructuradas. En conjunto, estos resultados sugieren que no se requiere una estructura terciaria estricta de los epítopos de SE36 para provocar anticuerpos protectores en adultos ugandeses naturalmente inmunes.

The malaria vaccine candidate antigen, SE36, is based on the N-terminal 47 kDa domain of Plasmodium falciparum serine repeat antigen 5 (SERA5). In epidemiological studies, we have previously shown the inhibitory effects of SE36 specific antibodies on in vitro parasite growth and the negative correlation between antibody level and malaria symptoms. A phase 1 b trial of the BK-SE36 vaccine in Uganda elicited 72% protective efficacy against symptomatic malaria in children aged 6–20 years during the follow-up period 130–365 days post–second vaccination. Here, we performed epitope mapping with synthetic peptides covering the whole sequence of SE36 to identify and map dominant epitopes in Ugandan adult serum presumed to have clinical immunity to P. falciparum malaria. High titer sera from the Ugandan adults predominantly reacted with peptides corresponding to two successive N-terminal regions of SERA5 containing octamer repeats and serine rich sequences, regions of SERA5 that were previously reported to have limited polymorphism. Affinity purified antibodies specifically recognizing the octamer repeats and serine rich sequences exhibited a high antibody-dependent cellular inhibition (ADCI) activity that inhibited parasite growth. Furthermore, protein structure predictions and structural analysis of SE36 using spectroscopic methods indicated that N-terminal regions possessing inhibitory epitopes are intrinsically unstructured. Collectively, these results suggest that strict tertiary structure of SE36 epitopes is not required to elicit protective antibodies in naturally immune Ugandan adults.

يعتمد المستضد المرشح للقاح الملاريا، SE36، على نطاق N - terminal 47 كيلو دالتون من Plasmodium falciparum serine repeat antigen 5 (SERA5). في الدراسات الوبائية، أظهرنا سابقًا الآثار المثبطة للأجسام المضادة المحددة SE36 على نمو الطفيليات في المختبر والعلاقة السلبية بين مستوى الأجسام المضادة وأعراض الملاريا. أثارت تجربة المرحلة 1 ب من لقاح BK - SE36 في أوغندا فعالية وقائية بنسبة 72 ٪ ضد أعراض الملاريا لدى الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 6–20 عامًا خلال فترة المتابعة 130–365 يومًا بعد التطعيم الثاني. هنا، أجرينا رسم خرائط الحاتمة باستخدام الببتيدات الاصطناعية التي تغطي التسلسل الكامل لـ SE36 لتحديد ورسم خرائط الحاتمات السائدة في مصل البالغين الأوغنديين المفترض أن يكون لديهم مناعة سريرية ضد الملاريا المنجلية. تفاعلت الأمصال ذات العيار العالي من البالغين الأوغنديين في الغالب مع الببتيدات المقابلة لمنطقتين متعاقبتين من الطرف N من SERA5 تحتويان على تكرارات أوكتامير وتسلسلات غنية بالسيرين، وهي مناطق من SERA5 تم الإبلاغ سابقًا عن أنها ذات تعدد أشكال محدود. أظهرت الأجسام المضادة المنقّاة التي تتعرف على وجه التحديد على تكرارات الأوكتامير والتسلسلات الغنية بالسيرين نشاطًا مرتفعًا للتثبيط الخلوي المعتمد على الأجسام المضادة (ADCI) والذي يثبط نمو الطفيليات. علاوة على ذلك، أشارت تنبؤات بنية البروتين والتحليل الهيكلي لـ SE36 باستخدام الطرق الطيفية إلى أن المناطق الطرفية N التي تمتلك حواتم مثبطة غير منظمة في جوهرها. بشكل جماعي، تشير هذه النتائج إلى أن البنية الثلاثية الصارمة لحواتم SE36 غير مطلوبة لاستنباط أجسام مضادة واقية لدى البالغين الأوغنديين المناعيين بشكل طبيعي.