IgM antibody responses against Plasmodium antigens in neotropical primates in the Brazilian Atlantic Forest.

Introduction: Zoonotic transmission is a challenge for the control and elimination of malaria. It has been recorded in the Atlantic Forest, outside the Amazon which is the endemic region in Brazil. However, only very few studies have assessed the antibody response, especially of IgM antibodies, in Neotropical primates (NP). Therefore, in order to contribute to a better understanding of the immune response in different hosts and facilitate the identification of potential reservoirs, in this study, naturally acquired IgM antibody responses against Plasmodium antigens were evaluated, for the first time, in NP from the Atlantic Forest. Methods: The study was carried out using 154 NP samples from three different areas of the Atlantic Forest. IgM antibodies against peptides of the circumsporozoite protein (CSP) from different Plasmodium species and different erythrocytic stage antigens were detected by ELISA. Results: Fifty-nine percent of NP had IgM antibodies against at least one CSP peptide and 87% against at least one Plasmodium vivax erythrocytic stage antigen. Levels of antibodies against PvAMA-1 were the highest compared to the other antigens. All families of NP showed IgM antibodies against CSP peptides, and, most strikingly, against erythrocytic stage antigens. Generalized linear models demonstrated that IgM positivity against PvCSP and PvAMA-1 was associated with PCR-detectable blood-stage malaria infection and the host being free-living. Interestingly, animals with IgM against both PvCSP and PvAMA-1 were 4.7 times more likely to be PCR positive than animals that did not have IgM for these two antigens simultaneously. Discussion: IgM antibodies against different Plasmodium spp. antigens are present in NP from the Atlantic Forest. High seroprevalence and antibody levels against blood-stage antigens were observed, which had a significant association with molecular evidence of infection. IgM antibodies against CSP and AMA-1 may be used as a potential marker for the identification of NP infected with Plasmodium, which are reservoirs of malaria in the Brazilian Atlantic Forest.

Antígenos envolvidos na invasão dos reticulócitos pelo Plasmodium vivax: variabilidade genética do hospedeiro vertebrado e modulação da resposta imune humoral

O Plasmodium vivax infecta os reticulócitos por meio de uma via de invasão principal que envolve a interação entre a Duffy binding protein(região II, DBPII) e seu receptor nos reticulócitos, o antígeno de grupo sanguíneo Duffy receptor de quimiocinas (DARC). Contudo, uma via de invasão alternativa pode envolver uma proteína do parasito recém-descrita, denominada EBP2 (Erythrocyte Binding Protein 2). Apesar da exposição natural ao P. vivax induza uma resposta de anticorpos capaz de bloquear a interação DBPII-DARC, a maioria dos indivíduos expostos à malária não desenvolvem anticorpos inibitórios (binding inhibitory antibodies, BIAbs). Embora estudos prévios demonstraram que polimorfismos na DBPII contribuem para a baixa imunogenicidade da proteína, a influência da variabilidade genética do hospedeiro vertebrado nesta resposta tem sido pouco estudada. Neste contexto, o presente estudo investigou a contribuição dos polimorfismos genéticos do receptor DARC e do sistema HLA classe II na resposta deanticorpos contra a DBPII. Adicionalmente, caracterizamos a nova proteína EBP2 do P. vivax, incluindo avaliação das suas propriedades de ligação ao eritrócito/reticulócito e estudos de imunogenicidade. Para isso, um estudo prospectivo, do tipo coorte aberta, foi conduzido com 620 indivíduos naturalmente expostos ao P. vivax na região da Amazônia brasileira (comunidade de Rio Pardo/AM)

Este estudo incluiu cinco cortes transversais, sendo três conduzidas no primeiro ano de acompanhamento (linha-de-base, 6 e 12 meses) e dois cortes transversais, 6 e 7 anos depois. Nesta comunidade os alelos mais comuns do receptor DARC(FY*A, FY*B and FY*BES) foram genotipados por PCR (reação em cadeia da polimerase) em tempo-real, e as variantes do HLA II (loci DRB1, DQB1 and DQA1) genotipadas por PCR-SSO (PCR com oligonucleotídeos de sequência específica pela tecnologia Luminex). As respostas de anticorpos específicos foram avaliadas nos cortes tranversais por meio da sorologia convencional (anticorpos IgG detectados pelo ensaio de ELISA), bem como por ensaios funcionais de inibição (ensaios in vitro para detecção de BIAbs). Em conjunto, os resultados permitiram demonstrar que: (i) a variabilidade genética do receptor DARC influencia na resposta BIAbs anti-DBPII, sendo esses anticorpos inibitórios mais frequentes em indivíduos heterozigotos carreadores de um alelo chamado “não-funcional” ou silencioso de DARC (FY*BES); a habilidade dos polimorfismos de DARC em influenciar nas propriedades funcionais dos anticorpos pode ser detectada durante todo o período de acompanhamento (neste caso, 12-meses); (ii) a variabilidade genética do HLA II influenciou na aquisição e manutenção da resposta de anticorpos anti-DBPII, sendo que diferentes alelos e haplótipos influenciaram tanto na resposta detectada pela sorologia convencional (ELISA) quanto na de anticorpos funcionais (BIAbs)

Estudos de modelagem molecular das variantes HLA-DRB1 permitiram identificar diferenças estruturais, particularmente na fenda de ligação entre peptídeo-HLADRB1, que poderiam explicar os diferentes perfis de respondedores identificados. Com relação a EBP2, (iii) foi possível demonstrar que essa proteína se liga preferencialmente a reticulócitos imaturos (CD71 high) e DARC positivos; (iv) na população estudada, anticorpos anti-EBP2 foram mais frequentes que anticorpos anti-DBPII. De importância, 6 e 7 anos após o início do estudo, o perfil de resposta de anticorpos anti-EBP2 se manteve estável, mesmo com a redução dos níveis de transmissão de malária na região; no mesmo período, anticorpos anti-DBPII diminuíram significativamente. Em conclusão, os resultados aqui encontrados fornecem evidências de que a variabilidade genética do hospedeiro vertebrado deverá ser levada em consideração no desenvolvimento de vacinas baseadas na DBPII. Além disso, reforça os achados iniciais que sugerem que a EBP2 pode ser um candidato promissor para compor uma vacina contra as formas sanguíneas do P. vivax; além de ser altamente imunogênica na população estudada, a proteína apresenta características funcionais compatíveis com uma possível função na invasão de reticulócitos jovens (DARC positivos) pelo P. vivax

A Novel Erythrocyte Binding Protein of Plasmodium vivax Suggests an Alternate Invasion Pathway into Duffy-Positive Reticulocytes.

UNLABELLED: Erythrocyte invasion by malaria parasites is essential for blood-stage development and an important determinant of host range. In Plasmodium vivax, the interaction between the Duffy binding protein (DBP) and its cognate receptor, the Duffy antigen receptor for chemokines (DARC), on human erythrocytes is central to blood-stage infection. Contrary to this established pathway of invasion, there is growing evidence of P. vivax infections occurring in Duffy blood group-negative individuals, suggesting that the parasite might have gained an alternative pathway to infect this group of individuals. Supporting this concept, a second distinct erythrocyte binding protein (EBP2), representing a new member of the DBP family, was discovered in P. vivax and may be the ligand in an alternate invasion pathway. Our study characterizes this novel ligand and determines its potential role in reticulocyte invasion by P. vivax merozoites. EBP2 binds preferentially to young (CD71(high)) Duffy-positive (Fy(+)) reticulocytes and has minimal binding capacity for Duffy-negative reticulocytes. Importantly, EBP2 is antigenically distinct from DBP and cannot be functionally inhibited by anti-DBP antibodies. Consequently, our results do not support EBP2 as a ligand for invasion of Duffy-negative blood cells, but instead, EBP2 may represent a novel ligand for an alternate invasion pathway of Duffy-positive reticulocytes. IMPORTANCE: For decades, P. vivax infections in humans have been defined by a unique requirement for the interaction between the Duffy binding protein ligand of the parasite and the Duffy blood group antigen receptor (DARC). Recent reports of P. vivax infections in Duffy-negative individuals challenge this paradigm and suggest an alternate pathway of infection, potentially using the recently discovered EBP2. However, we demonstrate that EBP2 host cell specificity is more restricted than DBP binding and that EBP2 binds preferentially to Duffy-positive, young reticulocytes. This finding indicates that this DBP paralog does mediate a Duffy-independent pathway of infection.

Estudo de base populacional em um assentamento agrícola da Amazônia brasileira: Influência genética do antígeno Duffy/receptor de quimiocinas (DARC) na resposta imune específica contra o Plasmodium vivax

A Duffy binding protein do Plasmodium vivax (PvDBP) e seu receptor na superfície dos eritrócitos, o antígeno Duffy/receptor para quimiocinas (DARC), estão envolvidos na principal via de invasão utilizada pelo P. vivax. No presente trabalho, realizou-se por um estudo do tipo coorte aberta, em área de assentamento agrícola da Amazônia brasileira, para avaliar a influência do receptor DARC na infecção e resposta imune ao P. vivax. Para isso, foi realizada a genotipagem do antígeno DARC através da técnica de PCR em tempo real. A pesquisa de anticorpos específicos foi realizada pela sorologia convencional (ELISA) e, por um ensaio funcional que avalia anticopos inibitórios da interação ligante-receptor. Entre os 690 indivíduos estudados, o genótipo FY*A/FY*B foi o mais frequente, consistente com a heterogeneidade étnica das populações que vivem na Amazônia brasileira. Na área estudada, não foi possível identificar associação entre a expressão DARC e a susceptibilidade a infecção pelo P. vivax. Em relação à resposta de anticorpos, nenhuma associação foi encontrada entre os genótipos de DARC e anticorpos IgG anti-PvDBP e anti-MSP119 (outra proteína do P. vivax), ambos detectados pela sorologia convencional (ELISA). Contudo, a resposta de anticorpos inibitórios foi significativamente mais frequente em indivíduos heterozigotos carreadores de um alelo DARC-negativo (genótipos FY*A/FY*BES eFY*B/FY*BES). Por último, a resposta de anticorpos inibitórios se manteve estável durante todo o período estudado (12 meses). Em conjunto, estes resultados demonstraram, pela primeira vez, que a expressão do receptor DARC pode influenciar na resposta imune inibitória contra a PvDBP

Estudo de base populacional em um assentamento agrícola da Amazônia brasileira: Influência genética do antígeno Duffy/receptor de quimiocinas (DARC) na resposta imune específica contra o Plasmodium vivax / Population-based study in an agricultural settlement in the Brazilian Amazon: Genetic influence of the Duffy antigen / receptor for chemokines (DARC) in the specific immune response against Plasmodium vivax

A Duffy binding protein do Plasmodium vivax (PvDBP) e seu receptor na superfície dos eritrócitos, o antígeno Duffy/receptor para quimiocinas (DARC), estão envolvidos na principal via de invasão utilizada pelo P. vivax. No presente trabalho, realizou-se por um estudo do tipo coorte aberta, em área de assentamento agrícola da Amazônia brasileira, para avaliar a influência do receptor DARC na infecção e resposta imune ao P. vivax. Para isso, foi realizada a genotipagem do antígeno DARC através da técnica de PCR em tempo real. A pesquisa de anticorpos específicos foi realizada pela sorologia convencional (ELISA) e, por um ensaio funcional que avalia anticopos inibitórios da interação ligante-receptor. Entre os 690 indivíduos estudados, o genótipo FY*A/FY*B foi o mais frequente, consistente com a heterogeneidade étnica das populações que vivem na Amazônia brasileira. Na área estudada, não foi possível identificar associação entre a expressão DARC e a susceptibilidade a infecção pelo P. vivax. Em relação à resposta de anticorpos, nenhuma associação foi encontrada entre os genótipos de DARC e anticorpos IgG anti-PvDBP e anti-MSP119 (outra proteína do P. vivax), ambos detectados pela sorologia convencional (ELISA). Contudo, a resposta de anticorpos inibitórios foi significativamente mais frequente em indivíduos heterozigotos carreadores de um alelo DARC-negativo (genótipos FY*A/FY*BES eFY*B/FY*BES). Por último, a resposta de anticorpos inibitórios se manteve estável durante todo o período estudado (12 meses). Em conjunto, estes resultados demonstraram, pela primeira vez, que a expressão do receptor DARC pode influenciar na resposta imune inibitória contra a PvDBP.