Development of designed site-directed pseudopeptide-peptido-mimetic immunogens as novel minimal subunit-vaccine candidates for malaria

Synthetic vaccines constitute the most promising tools for controlling and preventing infectious diseases. When synthetic immunogens are designed from the pathogen native sequences, these are normally poorly immunogenic and do not induce protection, as demonstrated in our research. After attempting many synthetic strategies for improving the immunogenicity properties of these sequences, the approach consisting of identifying high binding motifs present in those, and then performing specific changes on amino-acids belonging to such motifs, has proven to be a workable strategy. In addition, other strategies consisting of chemically introducing non-natural constraints to the backbone topology of the molecule and modifying the a-carbon asymmetry are becoming valuable tools to be considered in this pursuit. Non-natural structural constraints to the peptide backbone can be achieved by introducing peptide bond isosters such as reduced amides, partially retro or retro-inverso modifications or even including urea motifs. The second can be obtained by strategically replacing L-amino-acids with their enantiomeric forms for obtaining both structurally site-directed designed immunogens as potential vaccine candidates and their Ig structural molecular images, both having immunotherapeutic effects for preventing and controlling malaria.

3D Analysis of the TCR/pMHCII Complex Formation in Monkeys Vaccinated with the First Peptide Inducing Sterilizing Immunity against Human Malaria

T-cell receptor gene rearrangements were studied in Aotus monkeys developing high antibody titers and sterilizing immunity against the Plasmodium falciparum malaria parasite upon vaccination with the modified synthetic peptide 24112, which was identified in the Merozoite Surface Protein 2 (MSP-2) and is known to bind to HLA-DR beta 1*0403 molecules with high capacity. Spectratyping analysis showed a preferential usage of V beta 12 and V beta 6 TCR gene families in 67% of HLA-DR beta 1*0403-like genotyped monkeys. Docking of peptide 24112 into the HLA-DR beta 1*0401-HA peptide-HA1.7TCR complex containing the VDJ rearrangements identified in fully protected monkeys showed a different structural signature compared to nonprotected monkeys. These striking results show the exquisite specificity of the TCR/pMHCII complex formation needed for inducing sterilizing immunity and provide important hints for a logical and rational methodology to develop multiepitopic, minimal subunit-based synthetic vaccines against infectious diseases, among them malaria.

Estudio de las modificaciones conformacionales y su influencia en la actividad inmunológica de péptidos derivados de las familias de las proteínas spect-1 y -2, siap-1 y -2 de plasmodium falciparum

SPECT-1 y -2 y SIAP-1 y -2 son proteínas pertenecientes al esporozoíto de Plasmodium falciparum causante de la malaria más agresiva en los humanos. Estas proteínas están involucradas en el paso del parásito a través de las células del hospedero humano y en la invasión del hepatocito, haciéndolas blancos atractivos para ser estudiadas. Péptidos conservados de alta capacidad de unión (cHABPs) a células HeLa y HepG2 derivados de estas moléculas son no inmunogénicos porque son incapaces de generar una respuesta inmunitaria, pero son claves para el parásito porque cumplen una función importante durante la infección del hospedero humano. En este trabajo se encontró que algunos cHABPs pertenecientes a las proteínas SPECT-1 y -2, están posiblemente involucrados con la unión y formación de poros sobre la membrana de las células hospederas, ayudando al esporozoíto a abrirse paso través de las células del hospedero. Por otro lado, con el fin de cambiar el comportamiento inmunológico de cHABPs derivados de SPECT-1 y -2 y SIAP-1 y -2, se obtuvieron nuevos péptidos mediante el reemplazo de aminoácidos críticos por otros residuos cuya masa molecular sea similar, pero diferente en su polaridad. En este trabajo se reporta que dichas modificaciones promovieron cambios en la estructura secundaria (determinada por DC o 1H-RMN) de los péptidos modificados (mHABPs) cuando se comparó con la estructura de los cHABPs nativos; adicionalmente, estos mHABPs invirtieron su comportamiento inmunológico convirtiéndose en péptidos inmunogénicos inductores de anticuerpos. Lo que permite establecer la existencia de una relación entre la estructura que adoptan estos mHABPs con su actividad inmunológica. Además, algunos de los mHABPs estudiados aquí, pueden ser candidatos a ser incluidos en la vacuna contra la malaria químicamente sintetizada multi-epitope y multi-estadio que se está desarrollando en la Fundación Instituto de Inmunología de Colombia (FIDIC).

Estudio conformacional de péptidos modificados de las proteínas STARP, CelTOS, TRSP y SERA 5 de Plasmodium falciparum y su relación con una respuesta inmune en malaria

El desarrollo de una vacuna contra malaria es un área de exploración activa pero con enormes retos debido especialmente a la complejidad del ciclo del parásito. Así, es necesario bloquear las diferentes etapas de la invasión que tiene el Plasmodium falciparum y extraer de ellas la mayor información posible de la artillería que utiliza para su ataque. Para esto, péptidos de las proteínas STARP, CelTOS y TRSP (del esporozoito) y SERA 5 (del merozoito) que tienen alta afinidad de unión a células HepG2 y a glóbulos rojos respectivamente (conocidos como cHABPs), han sido modificados (conocidos como mHABPs), sintetizados y evaluados a nivel de respuesta inmune en monos Aotus así como estudiados en su conformación estructural por RMN de 1H. Los resultados muestran que los péptidos nativos no son inmunogénicos, pero pueden inducir altos títulos de anticuerpos cuando sus residuos críticos o sus vecinos son reemplazados por otro con un volumen y masa similar, pero diferente polaridad. El estudio conformacional pone de manifiesto que las estructuras de los péptidos nativos son diferentes de sus péptidos modificados ya sea que muestren regiones estructuradas más cortas o más largas o que no presenten ninguna, en comparación con sus análogos modificados altamente inmunogénicos. Las características estereoquímicas particulares en las cadenas laterales de algunos residuos de aminoácidos de estos péptidos modificados así como los rasgos fisicoquímicos parecen jugar un rol importante en la respuesta inmune apropiada cuando estos fueron inmunizados en grupos de monos Aotus confiriendo un avance al diseño de una vacuna contra malaria totalmente eficaz.