Onchocerciasis is a severely debilitating yet neglected tropical disease (NTD) currently affecting approximately 15.5 million people, including 12.2 million people with skin disease and 1.025 million with vision loss. The disease causes social stigma, generates and perpetuates poverty, and leads ultimately to irreversible unilateral or bilateral blindness if untreated. Consequently, onchocerciasis is a major impediment to socioeconomic development in addition to being a major public health concern in some African countries. Many control programs have been launched against the disease with moderate successes achieved in Africa. These limited outcomes are partially due to the unavailability of reliable, non-invasive and easily applicable diagnostic tools for mapping endemic regions, monitoring control program successes, determining treatment endpoints and post-elimination surveillance. The current WHO recommendations for certification of elimination include the use of the Ov16 antibody detection ELISA which is flawed by an intrinsic systematic error as 15-25% of infected populations may not produce antibodies against this antigen due to genetic restrictions. With the recent shift in the global health goal of onchocerciasis from control to elimination, there is a need for the development of novel appropriate tools. These tools include amongst others, drugs, diagnostics, and vaccines. In this work, bioinformatics analyses combined with immunological assays were applied in a bid to develop potential tools for the current elimination programs. With regards to chemotherapy, Ivermectin which has been the sole drug for onchocerciasis treatment for over 30 years kills only the microfilariae (mf) leaving the adult worms intact which continue to produce the mf. Moreover, there is a recent problem of development of parasite resistance to this drug. In addition, moxidectin which was recently approved for treatment is contra-indicated in pregnant women and children under 12 who could continue to serve as reservoirs for infection. There is therefore a need to develop new treatment strategies, preferably for macrofilaricidal drugs. For a total eradication of onchocerciasis, diagnosis and treatment must be complemented with vaccine development. The aim of this work was therefore (i) to characterise an O. volvulus antigen, Ov58GPCR and (ii) to design an epitope-based chimeric antigen, which we designated, Ov-DKR-1, within the framework of the development of onchocerciasis control tools. In order to achieve the first goal, towards diagnosis, synthetic peptides representing linear B-epitopes and the recombinant extracellular domain of a G-protein coupled receptor (GPCR) with diagnostic potential were tested for their immune responses using serum from onchocerciasis-infected individuals and various controls. The results obtained indicate that (i) the O. volvulus antigen, Ov58GPCR is a G-protein coupled receptor (GPCR) conserved in related nematodes, (ii) synthetic peptides predicted to be in the extracellular domain (ECD) of Ov58GPCR are indeed immunogenic epitopes in onchocerciasis-infected individuals, (iii) synthetic peptide cocktails discriminate between actively-infected individuals, treated non-infected individuals and healthy African controls, (iv) polyclonal antibodies against one of the peptides or against the bacterially-expressed ECD reacted specifically with the native antigen in O. volvulus total and surface extracts, (v) Ov58GPCR is transcribed in both larvae and adult parasite stages, (vi) IgG and IgE responses to the recombinant ECD decline with Ivermectin treatment. All these findings suggest that the recombinant extracellular domain and synthetic peptides of Ov58GPCR, as well as the specific immune responses generated, could be harnessed in the context of disease diagnosis and surveillance. To assess the potential role of Ov58GPCR in drug or vaccine target development, preliminary examination on the essentiality of the Ov58GPCR for parasite survival was evaluated through RNA interference. A short-interfering RNA (siRNA) sequence targeting the gene designed and tested by soaking with O. volvulus male worms resulted in a reduction in motility. Results indicated that the gene may be involved primarily in motility. Further investigations are recommended in this light. With regards to the second goal, towards the development of a potential immune-protective tool, many indicators reveal the possibility of the development of protective tools against onchocerciasis. Consequently, an immuno-informatics approach was applied to design a filarial-conserved multi-epitope subunit vaccine candidate consisting of B-and T-cell epitopes of proteins reported to be potential novel vaccine candidates. Conservation of the selected proteins in other nematode parasitic species and predicted epitopes suggests that the generated chimera protein (Ov-DKR-1) could be vital in cross-protection. The 3D structure was predicted, refined and validated bioinformatically. Protein-protein docking of the chimeric vaccine candidate with the TLR4 receptor predicted efficient favourable binding. Immune simulation predicted significantly high levels of IgG1, T-helper, T-cytotoxic cells, INF-γ, and IL-2 responses. Overall, the designed chimeric peptide demonstrated antigenicity superior to the current vaccine candidates. / L’onchocercose est une maladie tropicale sévèrement débilitante mais négligée qui touche actuellement environ 15,5 millions de personnes, dont 12,2 millions de souffrant de maladies de la peau et 1,025 millions de souffrant de perte de vision. La maladie provoque une stigmatisation sociale, génère et perpétue la pauvreté et finit par conduire à une cécité unilatérale ou bilatérale irréversible si elle n'est pas traitée. En conséquence, l’onchocercose est un obstacle majeur au développement socioéconomique en plus d’être une préoccupation majeure pour la santé publique. De nombreux programmes de lutte ont été lancés contre la maladie, avec quelques succès en Afrique. Ces résultats sous-optimaux (limités) sont en partie dus à l’absence d’outils fiables, non invasifs et facilement applicables pour la cartographie des régions endémiques, le suivi des succès des programmes de contrôle, la détermination des paramètres de traitement et la surveillance post-élimination. Les recommandations actuelles de l’OMS pour la certification de l’élimination incluent l’utilisation du test ELISA de détection d’anticorps Ov16, entaché d’une erreur systématique intrinsèque puisque 15 à 25% des populations infectées peuvent ne pas produire d’anticorps contre cet antigène en raison de restrictions génétiques. Avec l’évolution récente de l’objectif de santé mondial de l’onchocercose de passé de la lutte à l’élimination, il est donc nécessaire de mettre au point de nouveaux outils appropriés. Ces outils nécessaires incluent, entre autres, des médicaments, des diagnostics et des vaccins. Dans ce travail, des analyses bio-informatiques combinées à des tests immunologiques ont été appliquées dans le but de développer des outils potentiels pour les programmes d'élimination actuels. En ce qui concerne la chimiothérapie, l’ivermectine, qui est le seul médicament utilisé depuis plus de 30 ans pour le traitement de l’onchocercose, ne tue que les microfilaires (mf) laissant intacts les vers adultes qui continuent à produire le mf. A ceci joint, il y a le problème récent du développement de la résistance des parasites à ce médicament. En outre, un traitement récemment approuvé, la moxidectine, est contre-indiquée chez les femmes enceintes et les enfants de moins de 12 ans qui pourraient continuer à servir de réservoirs d’infection. Il est donc absolument nécessaire d’élaborer de nouvelles stratégies de traitement, de préférence pour les médicaments macrofilaricides. Pour une éradication totale de l’onchocercose, le développement du vaccin doit être complété par le diagnostic et le traitement. Le but de ce travail est donc de caractériser un antigène d'O. volvulus, Ov58GPCR et de concevoir un antigène chimérique à base d'épitope, que nous avons appelé Ov-DKR-1, dans le cadre du développement d'outils de contrôle de l'onchocercose.Concernant le premier objectif, des peptides synthétiques représentant des épitopes B linéaires et le domaine extracellulaire (DEC) recombinant d'un récepteur couplé à la protéine G (GPCR) présentant un potentiel diagnostique ont été testés pour déterminer leur réponse immunitaire en utilisant du sérum d'individus infectés par l'onchocercose et divers témoins. Les résultats obtenus indiquent que (i) l'antigène d'O. volvulus, Ov58GPCR est un récepteur couplé à la protéine-G (GPCR) conservé dans les nématodes apparentés (ii) les peptides synthétiques prédits comme localisés dans le domaine extracellulaire de Ov58GPCR sont bien des epitopes immunogéniques chez les individus infectés par l’onchocercose, (iii) les cocktails de peptides synthétiques établissent une distinction entre les individus activement infectés avec l’onchocercose, les individus non-infectés traités et les témoins africains en bonne santé, (iv) les anticorps polyclonaux contre un des peptides ou le domaine extracellulaire exprimé au bactéries réagisent spécifiquement avec l'antigène natif dans les extraits total et de surface d'O. volvulus, (v) Ov58GPCR est transcrit aux stades larvaire et adulte, (vi) les niveaux détectés d’IgG et IgE grâce à le DEC recombinant diminuent au cours du traitement par l'ivermectine. Toutes ces découvertes suggèrent que le domaine extracellulaire recombinant et les peptides synthétiques de Ov58GPCR, ainsi que les réponses immunitaires spécifiques générées, pourraient être exploités dans le contexte du diagnostic et de la surveillance de la maladie. Pour évaluer le rôle potentiel d’Ov58GPCR dans le développement de médicaments ou de vaccins cible, un examen préliminaire de l’indispensabilité du gène Ov58GPCR pour la survie du parasite a été évalué par interférence d’ARN. Une séquence d'ARN interférant court (ARNic) ciblant le gène conçu et testé par trempage avec des vers mâles d'O. volvulus a entraîné une réduction de la motilité. Les résultats ont indiqué que le gène pourrait être impliqué principalement dans la motilité. Des investigations complémentaires sont recommandées dans cette optique.Concernant le deuxième objectif, de nombreux indicateurs révèlent la possibilité de développer des outils de protection contre l’onchocercose. En conséquence, une approche immuno-informatique a été appliquée pour concevoir un candidat-vaccin des sous-unités de multi-épitopes conservées-filarienne consistant des épitopes de cellules B et T de protéines qui seraient de nouveaux candidats vaccins. La conservation des protéines sélectionnées chez d'autres espèces parasitaires de nématodes et d'épitopes prédits suggère que la protéine chimère générée (Ov-DKR-1) pourrait être vitale pour la protection croisée. La structure 3D a été prédite, raffinée et validée bioinformatiquement. La fixation protéine-protéine du candidat vaccin chimère au récepteur TLR4 prédit une liaison favorable efficace. La simulation immunitaire prédit des niveaux significativement élevés d'IgG1, de réponses T-helper, de cellules T-cytotoxiques, de INF-γ et d'IL-2. Globalement, le peptide chimère conçu a démontré une antigénicité supérieure aux candidats vaccins actuels. / Option Biologie moléculaire du Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished
| Identifer | oai:union.ndltd.org:ulb.ac.be/oai:dipot.ulb.ac.be:2013/279609 |
| Date | 20 December 2018 |
| Creators | Adamu, Robert |
| Contributors | Souopgui, Jacob, Ghogomu, Stephen Mbigha, Vanhamme, Luc, Leo, Oberdan, Vanhollebeke, Benoît, Twizere, Jean-Claude, Dorny, Pierre, Marini, Anna Maria |
| Publisher | Universite Libre de Bruxelles, Université libre de Bruxelles, Faculté des Sciences – Sciences biologiques, Bruxelles |
| Source Sets | Université libre de Bruxelles |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:ulb-repo/semantics/doctoralThesis, info:ulb-repo/semantics/openurl/vlink-dissertation |
| Format | 3 full-text file(s): application/pdf | application/pdf | application/pdf |
| Rights | 3 full-text file(s): info:eu-repo/semantics/restrictedAccess | info:eu-repo/semantics/openAccess | info:eu-repo/semantics/closedAccess |
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