Plasmodium falciparum reticulocyte-binding protein homolog 5 (RH5) is a leading blood-stage malaria vaccine antigen target, currently in a phase 2b clinical trial as a full-length soluble protein/adjuvant vaccine candidate called RH5.1/Matrix-M. We identify that disordered regions of the full-length RH5 molecule induce non-growth inhibitory antibodies in human vaccinees and that a re-engineered and stabilized immunogen (including just the alpha-helical core of RH5) induces a qualitatively superior growth inhibitory antibody response in rats vaccinated with this protein formulated in Matrix-M adjuvant. In parallel, bioconjugation of this immunogen, termed "RH5.2," to hepatitis B surface antigen virus-like particles (VLPs) using the "plug-and-display" SpyTag-SpyCatcher platform technology also enables superior quantitative antibody immunogenicity over soluble protein/adjuvant in vaccinated mice and rats. These studies identify a blood-stage malaria vaccine candidate that may improve upon the current leading soluble protein vaccine candidate RH5.1/Matrix-M. The RH5.2-VLP/Matrix-M vaccine candidate is now under evaluation in phase 1a/b clinical trials.

Abstract Reticulocyte-binding protein homologue 5 (RH5), a leading blood-stage Plasmodium falciparum malaria vaccine target, interacts with cysteine-rich protective antigen (CyRPA) and RH5-interacting protein (RIPR) to form an essential heterotrimeric “RCR-complex”. We investigate whether RCR-complex vaccination can improve upon RH5 alone. Using monoclonal antibodies (mAbs) we show that parasite growth-inhibitory epitopes on each antigen are surface-exposed on the RCR-complex and that mAb pairs targeting different antigens can function additively or synergistically. However, immunisation of female rats with the RCR-complex fails to outperform RH5 alone due to immuno-dominance of RIPR coupled with inferior potency of anti-RIPR polyclonal IgG. We identify that all growth-inhibitory antibody epitopes of RIPR cluster within the C-terminal EGF-like domains and that a fusion of these domains to CyRPA, called “R78C”, combined with RH5, improves the level of in vitro parasite growth inhibition compared to RH5 alone. These preclinical data justify the advancement of the RH5.1 + R78C/Matrix-M™ vaccine candidate to Phase 1 clinical trial.

The highly conserved and essential Plasmodium falciparum reticulocyte-binding protein homolog 5 (PfRH5) has emerged as the leading target for vaccines against the disease-causing blood stage of malaria. However, the features of the human vaccine-induced antibody response that confer highly potent inhibition of malaria parasite invasion into red blood cells are not well defined. Here, we characterize 236 human IgG monoclonal antibodies, derived from 15 donors, induced by the most advanced PfRH5 vaccine. We define the antigenic landscape of this molecule and establish that epitope specificity, antibody association rate, and intra-PfRH5 antibody interactions are key determinants of functional anti-parasitic potency. In addition, we identify a germline IgG gene combination that results in an exceptionally potent class of antibody and demonstrate its prophylactic potential to protect against P. falciparum parasite challenge in vivo. This comprehensive dataset provides a framework to guide rational design of next-generation vaccines and prophylactic antibodies to protect against blood-stage malaria.

Plasmodium falciparum reticulocyte-binding protein homolog 5 (RH5) is the most advanced blood-stage malaria vaccine candidate and is being evaluated for efficacy in endemic regions, emphasizing the need to study the underlying antibody response to RH5 during natural infection, which could augment or counteract responses to vaccination. Here, we found that RH5-reactive B cells were rare, and circulating immunoglobulin G (IgG) responses to RH5 were short-lived in malaria-exposed Malian individuals, despite repeated infections over multiple years. RH5-specific monoclonal antibodies isolated from eight malaria-exposed individuals mostly targeted non-neutralizing epitopes, in contrast to antibodies isolated from five RH5-vaccinated, malaria-naive UK individuals. However, MAD8–151 and MAD8–502, isolated from two malaria-exposed Malian individuals, were among the most potent neutralizers out of 186 antibodies from both cohorts and targeted the same epitopes as the most potent vaccine-induced antibodies. These results suggest that natural malaria infection may boost RH5-vaccine-induced responses and provide a clear strategy for the development of next-generation RH5 vaccines.

Abstract The development of a highly effective vaccine against the pathogenic blood-stage infection of human malaria will require a delivery platform that can induce an antibody response of both maximal quantity and functional quality. One strategy to achieve this includes presenting antigens to the immune system on virus-like particles (VLPs). Here we sought to improve the design and delivery of the blood-stage Plasmodium falciparum reticulocyte-binding protein homolog 5 (RH5) antigen, which is currently in a Phase 2 clinical trial as a full-length soluble protein-in-adjuvant vaccine candidate called RH5.1/Matrix-M™. We identify disordered regions of the full-length RH5 molecule induce non-growth inhibitory antibodies in human vaccinees, and a re-engineered and stabilized immunogen that includes just the alpha-helical core of RH5 induces a qualitatively superior growth-inhibitory antibody response in rats vaccinated with this protein formulated in Matrix-M™ adjuvant. In parallel, bioconjugation of this new immunogen, termed “RH5.2”, to hepatitis B surface antigen VLPs using the “plug-and-display” SpyTag-SpyCatcher platform technology also enabled superior quantitative antibody immunogenicity over soluble antigen/adjuvant in vaccinated mice and rats. These studies identify a new blood-stage malaria vaccine candidate that may improve upon the current leading soluble protein vaccine candidate RH5.1/Matrix-M™. The RH5.2-VLP/Matrix-M™ vaccine candidate is now under evaluation in Phase 1a/b clinical trials.

The highly conserved and essential Plasmodium falciparum reticulocyte-binding protein homolog 5 (PfRH5) has emerged as the leading target for vaccines that seek to protect against the disease-causing blood-stage of malaria. However, the features of the human vaccine-induced antibody response that confer highly potent inhibition of malaria parasite invasion into red blood cells are not well defined. Here we characterize over 200 human IgG monoclonal antibodies induced by the most advanced PfRH5 vaccine. We define the antigenic landscape of this molecule, and establish epitope specificity, antibody association rate and intra-PfRH5 antibody interactions are key determinants of functional anti-parasitic potency. In addition, we identify a germline gene combination that results in an exceptionally potent class of antibody and demonstrate its prophylactic potential to protect against P. falciparum parasite challenge in vivo. This comprehensive dataset provides a framework to guide rational design of next-generation vaccines and prophylactic antibodies to protect against blood-stage malaria.

Plasmodium falciparum RH5 is the most advanced blood-stage malaria vaccine candidate and is under evaluation for efficacy in endemic regions, emphasizing the need to study the underlying antibody response to RH5 during natural infection. Here, we found that RH5-reactive B cells were rare in malaria-exposed individuals despite repeated infections over multiple years. RH5-specific monoclonal antibodies isolated from these individuals were extensively mutated but mostly targeted non-neutralizing epitopes, in contrast to antibodies from RH5-vaccinated, malaria-naive individuals. However, infection-derived MAD8-151 and MAD8-502 were among the most potent neutralizers out of 186 antibodies isolated from both cohorts and target the same epitopes as the most effective vaccine-induced antibodies. Binding to basigin receptor-proximal epitopes was the primary factor governing the potency of RH5-specific antibodies from both natural infection and vaccination, followed by the strength of binding. These results indicate a clear strategy for the development of next-generation RH5 vaccines for use in malaria-endemic regions.

ABSTRACT In recent years, reticulocyte-binding protein homologue 5 (RH5) has emerged as a leading blood-stage Plasmodium falciparum malaria vaccine antigen. The most advanced blood-stage vaccine candidate in a Phase 2b clinical trial, RH5.1/Matrix-M™, is based on a full-length soluble protein-with-adjuvant formulation. RH5 interacts with cysteine-rich protective antigen (CyRPA) and RH5- interacting protein (RIPR) to form an essential heterotrimeric “RCR-complex”. Here, we investigated whether a vaccine candidate based on the ternary RCR-complex could substantially improve upon the leading clinical candidate RH5.1/Matrix-M™ in preclinical studies. Using a panel of monoclonal antibodies (mAbs) we confirm that parasite growth-inhibitory epitopes on each antigen are exposed on the surface of the RCR-complex and that mAb pairs binding to different antigens can function additively or synergistically to mediate parasite growth inhibition activity (GIA) in vitro . However, immunisation of rats with the RCR-complex consistently fails to outperform RH5.1 alone. We show this is due to immuno-dominance of RIPR coupled with the inferior potency of anti-full length RIPR polyclonal IgG antibodies as compared to the anti-RH5 and anti-CyRPA response. To address this, we identified the growth-inhibitory antibody epitopes of RIPR are clustered within C-terminal EGF-like domains of RIPR. A fusion of these EGF domains to CyRPA, called “R78C”, combined with RH5.1, provided a new vaccination strategy that improves upon the levels of in vitro GIA seen with RH5.1 alone. Superiority of the combination antigen vaccine candidate was achieved by the induction of a quantitatively higher, but qualitatively similar, polyclonal antibody response that demonstrated additive GIA across the three antigen targets. These preclinical data justified the advancement of the RH5.1+R78C/Matrix-M™ combination vaccine to a Phase 1 clinical trial.