Salivary proteins of sand flies and the immune aspects of Leishmania transmission

• Thesis title in Czech: Proteiny slin flebotomů a imunitní aspekty přenosu leishmaniózy
• Thesis title in English: Salivary proteins of sand flies and the immune aspects of Leishmania transmission
• Key words: leishmanie, flebotomus, sliny, protilátky
• English key words: Leishmania, sand fly, saliva, antibodies
• Academic year of topic announcement: 2009/2010
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Parasitology (31-161)
• Supervisor: prof. RNDr. Petr Volf, CSc.
• Author: hidden - assigned by the advisor
• Date of registration: 08.03.2010
• Date of assignment: 08.03.2010
• Date and time of defence: 23.04.2013 11:00
• Date of electronic submission: 28.02.2013
• Date of proceeded defence: 23.04.2013
• Opponents: Dr. Alexandra Schwarz, Ph.D.

Preliminary scope of work

ABSTRAKT
Flebotomové jsou z medicínského hlediska významní jako přenašeči leishmaniózy. Jejich sliny obsahují antihemostatické a imunomodulační složky, které podstatně ovlivňují přenos a rozvoj leishmaniózy. Proteiny slin flebotomů jsou ale zároveň i silně immunogenní a imunita vyvolaná opakovaným sáním chrání hostitele proti přenosu leishmaniózy. Mnohé studie prokázaly, že za tento protektivní efekt je zodpovědná specifická buněčná imunita. Výsledky našich pokusů však naznačují, že protektivní imunita navozená sáním flebotomů má určité limity. U myší, které byly vystaveny sání flebotomů dlouhodobě, jsme zaznamenali tvorbu specifické imunity, nicméně tato imunita neposkytovala ochranu proti leishmanióze. Můžeme se proto domnívat, že u této skupiny myší se nám v jisté míře podařilo navodit desenzitizaci. Protektivní imunita dále nebyla dosažena u skupiny myší, které byly sice imunizovány slinami flebotomů krátkodobě, avšak mezi imunizací a následnou infekcí došlo k patnácti týdennímu prodlení. Výsledky naší studie proto naznačují, že právě tyto aspekty navození protektivní imunity by v endemických oblastech mohly rozhodovat o tom, že lidé i zvířata běžně vystaveni sání neinfikovaných flebotomů nejsou proti leishmanióze chráněni.
Opakované sání flebotomů vyvolává i tvorbu humorální imunity a hladiny specifických protilátek odpovídají intenzitě pobodání. Prokázali jsme, že tuto korelaci lze vysledovat i u psů a hlodavců, kteří jsou rezervoárovými hostiteli viscerální, respektive kožní leishmaniózy. Zároveň naše pokusy prokázaly pozoruhodnou spojitost mezi protilátkami proti slinám flebotomů u psů a rizikem přenosu viscerální leishmaniózy. Protože hladiny specifických IgG2 u psů negativně korelovaly s přenosem leishmaniové infekce, tato podtřída protilátek by mohla sloužit jako ukazatel rizika přenosu psí leishmaniózy.
Nicméně pro širší využití humorální odpovědi v epidemiologických studiích by bylo vhodné nahradit sliny flebotomů jednotlivými slinnými proteiny s odpovídajícími antigenními vlastnostmi. Naše experimenty podstatně rozšířily spektrum silně antigenních proteinů, a to u druhů Phlebotomus orientalis, P. perniciosus a P. papatasi, a zároveň potvrdily, že rekombinantní proteiny slin mohou nahradit homogenát slinných žlaz. Navíc jsme prokázali, že se neliší složení slinných žlaz u dvou kolonií P. orientalis z Etiopie, které v jedné lokalitě fungují jako vektoři viscerální leishmaniózy a v jiné nikoliv.

Preliminary scope of work in English

ABSTRACT
Sand flies serve as the vectors of leishmaniasis and their saliva was shown to affect the outcome of Leishmania infection by immunomodulation of the host. On the other hand, sand fly saliva contains a large scale of farmacologically active proteins that are strongly immunogenous for bitten hosts and specific anti-saliva immunity initiated by repeated sand fly feeding provides protection against Leishmania infection. Specific cell-mediated immunity was shown to be the core of the protectivity; however, our data suggests that the protective immunity has certain limitations. In mice bitten by sand flies for prolonged periods, we observed the desenzitization in term of abrogation of the protective immunity. Thus, we can speculate that the protective effect of immunity is linked solely with the short-term exposure. Nevertheless, our experiments showed that this aspect is also conditioned by the immediate infection after the protective short-term immunization. Taken together, it seems that these limitations may explain the circulation of leishmaniasis in endemic areas, even though humans and animals are frequently immunized by bites of uninfected sand flies.
Repeated sand fly feeding on various hosts also promotes production of anti-saliva antibodies that reflect the intensity of exposure. We demonstrated these findings in dogs and rodents, the natural reservoir hosts of visceral and cutaneous leishmaniasis, respectively. Therefore, in endemic areas, specific humoral response might be used as the effective epidemiological tool. Moreover, our study showed remarkable relationship between the canine anti-saliva antibody response and the status of visceral leishmaniasis. As the specific IgG2 response negatively correlated with the risk of Leishmania infantum infection, in endemic areas these antibodies might be employed as the risk marker of Leishmania transmission for dogs.
For a broader use of sand fly salivary antigens in epidemiological studies it would be beneficial to replace the whole saliva with the individual salivary proteins possessing required antigenic properties. Therefore, we broaden the repertoir of salivary proteins of P. orientalis, P. perniciosus, and P. papatasi and we proved the feasibility of using the recombinant proteins instead of whole sand fly saliva. Furthermore, we showed that the non-endemicity of visceral leishmaniasis in certain areas in Ethiopia, albeit the presence of the vector, is not caused by the difference in composition of salivary proteins in P. orientalis populations.