Immunostimulatory efficacy and protective potential of putative TgERK7 protein in mice experimentally infected by Toxoplasma gondii

Abstract

The extracellular signal-regulated kinases (ERKs) serve as important determinants of cellular signal transduction pathways, and hence may play important roles during infections. Previous work suggested that putative ERK7 of Toxoplasma gondii is required for efficient intracellular replication of the parasite. However, the antigenic and immunostimulatory properties of TgERK7 protein remain unknown. The objective of this study was to produce a recombinant TgERK7 protein in vitro and to evaluate its effect on the induction of humoral and T cell-mediated immune responses against T. gondii infection in BALB/c mice. Immunization using TgERK7 mixed with Freund's adjuvants significantly increased the ratio of CD3e+CD4+ T/CD3e+CD8a+ T lymphocytes in spleen and elevated serum cytokines (IFN-γ, IL-2, IL-4, IL-10, IL-12p70, IL-23, MCP-1, and TNF-α) in immunized mice compared to control mice. On the contrary, immunization did not induce high levels of serum IgG antibodies. Five predicted peptides of TgERK7 were synthesized and conjugated with KLH and used to analyze the antibody specificity in the sera of immunized mice. We detected a progressive increase in the antibody level only against TgERK7 peptide A (DEVDKHVLRKYD). Antibody raised against this peptide significantly decreased intracellular proliferation of T. gondii in vitro, suggesting that peptide A can potentially induce a protective antibody response. We also showed that immunization improved the survival rate of mice challenged with a virulent strain and significantly reduced the parasite cyst burden within the brains of chronically infected mice. Our data show that TgERK7-based immunization induced TgERK7 peptide A-specific immune responses that can impart protective immunity against T. gondii infection. The therapeutic potential of targeting ERK7 signaling pathway for future toxoplasmosis treatment is warranted. © 2020 The Author(s)

Las quinasas reguladas por señales extracelulares (ERK) sirven como determinantes importantes de las vías de transducción de señales celulares y, por lo tanto, pueden desempeñar funciones importantes durante las infecciones. Trabajos anteriores sugirieron que se requiere el supuesto ERK7 de Toxoplasma gondii para la replicación intracelular eficiente del parásito. Sin embargo, se desconocen las propiedades antigénicas e inmunoestimulantes de la proteína TgERK7. El objetivo de este estudio fue producir una proteína TgERK7 recombinante in vitro y evaluar su efecto sobre la inducción de respuestas inmunes humorales y mediadas por células T contra la infección por T. gondii en ratones BALB/c. La inmunización con TgERK7 mezclada con adyuvantes de Freund aumentó significativamente la proporción de linfocitos T CD3e+CD4+/CD3e+CD8a+ en el bazo y citoquinas séricas elevadas (IFN-γ, IL-2, IL-4, IL-10, IL-12p70, IL -23, MCP-1 y TNF-α) en ratones inmunizados en comparación con ratones control. Por el contrario, la inmunización no indujo niveles elevados de anticuerpos IgG séricos. Se sintetizaron y conjugaron cinco péptidos predichos de TgERK7 con KLH y se usaron para analizar la especificidad de anticuerpos en los sueros de ratones inmunizados. Detectamos un aumento progresivo en el nivel de anticuerpos solo contra el péptido A TgERK7 (DEVDKHVLRKYD). El anticuerpo generado contra este péptido disminuyó significativamente la proliferación intracelular de T. gondii in vitro, lo que sugiere que el péptido A puede potencialmente inducir una respuesta protectora de anticuerpos. También demostramos que la inmunización mejoró la tasa de supervivencia de los ratones expuestos a una cepa virulenta y redujo significativamente la carga de quistes parásitos en el cerebro de ratones crónicamente infectados. Nuestros datos muestran que la inmunización basada en TgERK7 indujo respuestas inmunes específicas del péptido A de TgERK7 que pueden impartir inmunidad protectora contra la infección por T. gondii. El potencial terapéutico de apuntar a la vía de señalización ERK7 para el futuro tratamiento de la toxoplasmosis está justificado. © 2020 El Autor(es)