Nearly one million people are killed every year by the malaria parasite Plasmodium. Although the disease-causing forms of the parasite exist only in the human blood, mosquitoes of the genus Anopheles are the obligate vector for transmission. Here, we review the parasite life cycle in the vector and highlight the human and mosquito contributions that limit malaria parasite development in the mosquito host. We address parasite killing in its mosquito host and bottlenecks in parasite numbers that might guide intervention strategies to prevent transmission.

Abstract Lipid-derived signaling molecules known as eicosanoids have integral roles in mediating immune and inflammatory processes across metazoans. This includes the function of prostaglandins and their cognate G protein-coupled receptors (GPCRs) to employ their immunological actions. In insects, prostaglandins have been implicated in the regulation of both cellular and humoral immune responses, yet studies have been limited by the absence of a described prostaglandin receptor. Here, we characterize a prostaglandin E2 receptor ( Ag PGE2R) in the mosquito Anopheles gambiae and examine its contributions to innate immunity. Ag PGE2R expression is most abundant in circulating hemocytes where it is primarily localized to oenocytoid immune cell populations. Through the administration of prostaglandin E2 (PGE2) and AgPGE2R -silencing by RNAi, we demonstrate that PGE2 signaling regulates the expression of a subset of prophenoloxidases (PPOs) and antimicrobial peptides (AMPs). PGE2 priming via the Ag PGE2R significantly limited bacterial replication and suppressed Plasmodium oocyst survival. Additional experiments establish that PGE2 priming increases phenoloxidase (PO) activity through the increased expression of PPO1 and PPO3 , which significantly influence Plasmodium oocyst survival. We also provide evidence that PGE2 priming is concentration-dependent, where high concentrations of PGE2 promote oenocytoid lysis, negating the protective effects of PGE2 priming on anti- Plasmodium immunity. Taken together, our results characterize the Ag PGE2R and the role of prostaglandin signaling on immune cell function, providing new insights into the role of PGE2 on anti-bacterial and anti- Plasmodium immune responses in the mosquito host.

Abstract Mosquito immune cells, known as hemocytes, are integral to cellular and humoral responses that limit pathogen survival and mediate immune priming. However, without reliable cell markers and genetic tools, studies of mosquito immune cells have been limited to morphological observations, leaving several aspects of their biology uncharacterized. Here, we use single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) to characterize mosquito immune cells, demonstrating an increased complexity to previously defined prohemocyte, oenocytoid, and granulocyte subtypes. Through functional assays relying on phagocytosis, phagocyte depletion, and RNA-FISH experiments, we define markers to accurately distinguish immune cell subtypes and provide evidence for immune cell maturation and differentiation. In addition, gene-silencing experiments demonstrate the importance of lozenge in defining the mosquito oenocytoid cell fate. Together, our scRNA-seq analysis provides an important foundation for studies of mosquito immune cell biology and a valuable resource for comparative invertebrate immunology.

Abstract Hematophagous arthropods can acquire and transmit several pathogens of medical importance. In ticks, the innate immune system is crucial in the outcome between vector-pathogen interaction and overall vector competence. However, the specific immune response(s) elicited by the immune cells known as hemocytes remains largely undefined in Ehrlichi a chaffeensis and its competent tick vector, Amblyomma americanum . Here, we show that granulocytes, professional phagocytic cells, are integral in eliciting immune responses against commensal and pathogen infection. The chemical depletion of granulocytes led to decreased phagocytic efficiency of tissues-associated hemocytes. We demonstrate E. chaffeensis can infect circulating hemocytes, and both cell-free plasma and hemocytes from E. chaffeensis- infected ticks can establish Ehrlichia infection in recipient ticks. Lastly, we provide evidence to show granulocytes play a dual role in E. chaffeensis infection. Depleting granulocytic hemocytes increased Ehrlichia load in the salivary gland and midgut tissues. In contrast, granulocyte depletion led to a reduced systemic load of Ehrlichia . This study has identified multiple roles for granulocytic hemocytes in the control and systemic dissemination of E. chaffeensis infection.

Abstract Vector-borne, filarial nematode diseases represent a significant and affecting disease burden in humans, domestic animals, and livestock worldwide. Parasitic filarial nematodes require both an intermediate (vector) host and a definitive (mammalian) host during the course of their life cycle. In either host, the nematode must evade the host elicited immune response in order to develop and establish infection. There is direct evidence of parasite-derived immunomodulation in mammals, however, there is less evidence of parasite immunomodulation of the vector host. We have previously reported that all life stages of Brugia malayi , a causative agent of lymphatic filariasis, secrete extracellular vesicles (EVs). Here we investigate the immunomodulatory effects of microfilariae derived EVs on the vector host Aedes aegypti. RNA-seq analysis of an A. aegypti cell line treated with B. malayi microfilariae EVs showed differential expression of both mRNAs and miRNAs, some with roles in immune regulation. One downregulated gene, AAEL002590, identified as a serine protease, was shown to have direct involvement in the phenoloxidase (PO) cascade through analysis of PO activity. Similarly, injection of adult female mosquitoes with B. malayi microfilariae EVs validated these results in vivo , eliciting a downregulation of the AAEL002590 transcript and a significant reduction in PO activity. Our data indicates that parasite-derived EVs are capable of interfering with critical immune responses in the vector host, particularly immune responses such as melanization that target extracellular parasites. In addition, this data provides novel targets for transmission control strategies for LF and other parasitic diseases. Author Summary Vector-borne, filarial nematode diseases represent a significant and affecting disease burden in humans, domestic animals and livestock worldwide. Parasitic nematodes must evade the elicited immune response of their hosts in order to develop and establish infection. While there is evidence for immunomodulation of the mammalian host, the mechanism of this immunomodulation is not fully clear and there is limited evidence for immunomodulation of the vector host. Here we have shown that parasite-derived extracellular vesicles are effector structures for immunomodulation of the vector host. In particular, we have identified that parasite-derived extracellular vesicles can interfere with critical mosquito immune responses against parasites. This data provides insight into parasite biology and novel targets for transmission control strategies for parasitic diseases.

Abstract During vertebrate infection, obligate intracellular malaria parasites develop within a parasitophorous vacuole which constitutes the interface between the parasite and its hepatocyte or erythrocyte host cells. To transcend this barrier, Plasmodium spp. utilize a dual-function pore formed by EXP2 for nutrient transport and, in the context of the PTEX translocon, effector protein export across the vacuole membrane. While critical to blood stage survival, less is known about EXP2/PTEX function in the liver stage, although major differences in the export mechanism are indicated by absence of the PTEX unfoldase HSP101 in the intrahepatic vacuole. Here, we employed the glucosamine-activated glmS ribozyme to study the role of EXP2 during Plasmodium berghei liver stage development in hepatoma cells. Insertion of the glmS sequence into the exp2 3’UTR enabled glucosamine-dependent depletion of EXP2 after hepatocyte invasion, allowing separation of EXP2 function during intrahepatic development from a recently reported role in hepatocyte invasion. Post-invasion EXP2 knockdown reduced parasite size and largely abolished expression of the mid to late liver stage marker LISP2. As an orthogonal approach to monitor development, EXP2- glmS parasites and controls were engineered to express nanoluciferase. Activation of glmS after invasion substantially decreased luminescence in hepatoma monolayers and in culture supernatants at later time points corresponding with merosome detachment that marks the culmination of liver stage development. Collectively, our findings extend the utility of the glmS ribozyme to study protein function in the liver stage and reveal EXP2 is important for intrahepatic parasite development, indicating PTEX components also function at the hepatocyte-parasite interface.

Mosquito-borne viruses cause more than 400 million annual infections and place over half of the world's population at risk. Despite this importance, the mechanisms by which arboviruses infect the mosquito host and disseminate to tissues required for transmission are not well understood. Here, we provide evidence that mosquito immune cells, known as hemocytes, play an integral role in the dissemination of dengue virus (DENV) and Zika virus (ZIKV) in the mosquito

West Nile virus (WNV) has become the most epidemiologically important mosquito-borne disease in the United States, causing ~50,000 cases since its introduction in 1999. Transmitted primarily by Culex species, WNV transmission requires the complex interplay between bird reservoirs and mosquito vectors, with human cases the result of epizootic spillover. To better understand the intrinsic factors that drive these interactions, we have compiled infection data from sentinel chickens, mosquito vectors, and human cases in Iowa over a 15 year period (2002-2016) to better understand the spatial and temporal components that drive WNV transmission. Supplementing these findings with mosquito abundance, distribution, and host preferences data, we provide strong support that Culex tarsalis is the most important vector of human WNV infections in the region. Together, our analysis provides new insights into WNV infection patterns in multiple hosts and highlights the importance of long-term surveillance to understand the dynamics of mosquito-borne-disease transmission.

Tumor Necrosis Factor-α (TNF-α) is a proinflammatory cytokine and a master regulator of immune cell function in vertebrates. While previous studies have implicated TNF signaling in invertebrate immunity, the roles of TNF in mosquito innate immunity and vector competence have yet to be explored. Herein, we confirm the identification of a conserved TNF-α pathway in

Abstract Culex pipiens is a globally-distributed mosquito of medical and veterinary importance, serving as a primary vector of West Nile virus (WNV). To survive winter, female Cx. pipiens mosquitoes undergo adult reproductive diapause initiated by photoperiod and temperature cues. While well-studied under laboratory conditions, the environmental signals that promote Cx. pipiens diapause induction in natural settings are less understood. Here, we evaluate Cx. pipiens in laboratory and semi-field studies to examine diapause induction, defining an approximate timeline beginning in late-August where mosquitoes become receptive to diapause. Using gravid (reproductive) mosquito surveillance data as a proxy for adult diapause incidence for locations across the United States (California, Colorado, Connecticut, Illinois, Iowa, Minnesota, Pennsylvania, and Virginia), we demonstrate consistent population declines coinciding with periods of diapause receptivity except in hybridization zones where Cx. quinquefasciatus is present, suggesting that Culex population genetics can significantly impact end-season population trends. Together, this study defines a window for diapause induction across the United States, shaped by temperature, latitude, elevation, and mosquito population genetics. Coinciding with the cessation of WNV activity, these data can have important implications for mosquito control, where targeted efforts prior to diapause induction can decrease mosquito populations and WNV overwintering to reduce mosquito-borne disease incidence the following season.