Avaliação longitudinal da resposta dos anticorpos IgM e IgG contra a Duffy binding protein II (DBPII) do Plasmodium vivax em indivíduos expostos à malária na Amazônia Brasileira.
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Joseli de Oliveira Ferreira
Stefanie Costa P. Lopes
Hélida Monteiro de Andrade
Pedro Augusto Carvalho Costa
Stefanie Costa P. Lopes
Hélida Monteiro de Andrade
Pedro Augusto Carvalho Costa
Resumo
Entre os parasitos causadores da malária humana, o Plasmodium vivax é a espécie com maior
distribuição mundial. O P. vivax invade os reticulócitos humanos através de uma via
principal dependente da interação entre a região II da Duffy Binding Protein (DBPII),
presente nas organelas apicais do parasito, e seu receptor cognato na superfície do eritrócito,
o antígeno Duffy receptor para quimiocinas (DARC). Embora a DBPII seja uma das
principais candidatas à vacina contra a malária causada por P. vivax, a região II do ligante é
altamente polimórfica e induz uma resposta imune humoral do tipo cepa-específica.
Recentemente, nosso grupo de pesquisa contribuiu para o desenvolvimento de um novo
candidato vacinal baseado na DBPII, denominado DEKnull-2, que retém os epítopos
funcionais conservados necessários para a ligação ao receptor e dimerização da DBP.
Estudos iniciais de prova de conceito demonstraram que anticorpos anti- DEKnull-2 são
naturalmente produzidos por indivíduos expostos ao P. vivax cuja resposta imune
caracteriza-se pela presença de anticorpos bloqueadores da interação DBPII-DARC
(BIAbs). Embora os anticorpos IgG anti-DBPII já tenham sido associados à imunidade
protetora, o papel dos anticorpos IgM ainda permanece pouco estudado. O presente estudo
teve como objetivo investigar a relação entre a resposta dos anticorpos IgM e IgG antiDBPII, com foco na resposta dirigida aos epítopos conservados da DEKnull-2, bem como
em epítopos variáveis da proteína, presentes na cepa Sal1, variante natural que circula na
área de estudo. Para tanto, buscou-se caracterizar sorologicamente 163 indivíduos adultos,
com história de longa exposição à malária por P. vivax, em uma comunidade rural da
Amazônia brasileira (Rio Pardo, AM). O desenho do estudo incluiu uma coorte retrospectiva
de 9 anos, com cortes transversais realizados durante períodos de alta (fases I e III) e baixa
transmissão de malária (fase II). A resposta de anticorpos IgM/IgG foi avaliada pela
sorologia convencional (ELISA) utilizando-se proteínas recombinantes da DBPII (DEKnull2 e Sal1), sendo a avidez dos anticorpos avaliada através da adição de um agente
desnaturante ao ensaio. A atividade funcional dos anticorpos (BIAbs) foi determinada
através de um ensaio in vitro com células transfectadas expressando a proteína DBPII. Em
conjunto, os resultados da coorte permitiram demonstrar que (i) a resposta de anticorpos IgM
foi direcionada aos epítopos variantes DBPII (Sal1, variante cepa-específica), enquanto a
resposta de anticorpos IgG aos epítopos conservados da proteína (DEknull-2); (ii) os
anticorpos IgM variante-específicos foram relativamente estáveis ao longo do estudo, mas
os anticorpos IgG variante-específicos não foram mantidos no período de baixa transmissão;
(iii) os anticorpos IgG voltados aos epítopos conservados da DEKnull-2 foram relativamente
estáveis e associados a resposta de anticorpos bloqueadores da interação DBPII-DARC
(BIAbs); por outro lado, a resposta de anticorpos IgM não foi associada (positiva ou
negativamente) com BIAbs; (iv) a presença e os níveis de anticorpos IgM/ IgG não foi
associada com a presença do P. vivax no sangue circulante (detectados por microscopia ótica
ou pelos ensaios de PCR); (v) independentemente da proteína estudada, ambas as respostas
de anticorpos foram de alta avidez, e, finalmente, (v) a resposta de IgG não se correlacionou
com a resposta de IgM. Em conclusão, a resposta de anticorpos IgM de longa-duração contra
a DBPII parece ser predominantemente variante-específica, enquanto a resposta de IgG de
longa-duração é direcionada aos epítopos conservados de DBPII. Este foi o primeiro estudo
longitudinal que investigou a relação entre a resposta dos anticorpos IgM/IgG contra DBPII,
e estudos futuros fazem-se necessários para determinar qual a contribuição da resposta IgM
para a imunidade induzida pela malária.
Abstract
Plasmodium vivax is the most widespread human malaria parasite. This parasite invades
reticulocytes via a major pathway that depends on the interaction between the apical protein
Duffy Binding Protein II (DBPII) and its cognate receptor on the erythrocyte surface, the
Duffy antigen receptor for chemokines (DARC). While DBPII is a leading P. vivax malaria
vaccine candidate, the ligand domain is highly polymorphic and induces strain-specific
humoral immune response. Recently, we developed a surface-engineered DBPII vaccine
candidate, named DEKnull-2, which retains the conserved functional epitopes needed for
receptor binding and DBP dimerization. Prof-of-concept studies demonstrated that
DEKnull-2 is highly recognized by naturally exposed P. vivax individuals who have broadly
neutralizing antibodies able to block DBPII-DARC interaction (BIAbs). Although IgG
antibodies have been associated with DBPII protective immunity, the role of IgM antibodies
remain largely understudied. Hence, the goal of the current study was to investigate the
relationship between IgG and the less studied IgM antibody response against conserved
(DEKnull-2) and variable (Sal1, a natural variant circulating in the study area) DBPII
epitopes. For this purpose, we serologically evaluated 163 adults with long-term exposure
to malaria in a rural community of the Brazilian Amazon (Rio Pardo, AM). The study design
included a 9-year retrospective cohort study, with cross-sectional surveys carried out during
periods of high (phases I e III) and low malaria transmission (phase II). The conventional
antibody response was determined by ELISA assay using DBPII-related recombinant
proteins (DEKnull-2 and Sal1), with antibody avidity assessed by using a denaturing agent.
The functional antibody response (BIAbs) was determinate through an in vitro functional
assay with DBPII-transfected cells. Taken together, the results of this long-term follow-up
study showed that (i) IgM antibody response towards DBPII-variant-epitopes (strainspecific Sal1), while IgG antibody response towards the conserved epitopes of the protein
(DEknull-2); (ii) IgM variant-specific DBPII antibodies were relatively stable throughout
the study, but IgG variant-specific antibodies were poorly sustained at low transmission
period; (iii) whereas epitope-conserved IgG antibodies were relatively stable overtime and
associated with broadly binding-inhibitory IgG antibodies (BIAbs), IgM antibody response
was not associated (positively or negatively) with BIAbs; (iv) peripheral malaria infections
(detected by microscopy or PCR-based assay) did not correlate with either IgG or IgM
antibody responses; (v) regardless the protein assayed, both antibody responses were related
with antibodies of high avidity, with IgG > IgM; (v) finally, the response of IgG did not
correlate with IgM response. In conclusion, the long-term IgM response to DBPII appears
to be predominantly variant-specific, while the long-term IgG response is directed to the
conserved epitopes of DBPII. This was the first follow-up study that investigated the
relationship between IgM /IgG antibodies against DBPII, and future studies should explore
the contribution of IgM response to malaria-induced immunity.
Assunto
Malária, Plasmodium vivax, Malária por Plasmodium Vivax, Imunoglobulina M, Imunoglobulina G
Palavras-chave
Plasmodium vivax, Malária, Duffy Binding Protein II (DBPII), Anticorpos IgG/IgM
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