Antibodies targeting the NANP/NVDP repeat domain of the Plasmodium falciparum circumsporozoite protein (CSPRepeat) can confer protection against malaria. However, it has also been suggested that this repeat domain exists as a decoy that distracts the immune system from mounting protective responses targeting other domains of CSP. Here we show that B cell responses to the repeat domain are indeed ~10 fold higher than responses to the N- and C- terminal regions of CSP after sporozoite immunization. We investigated the role of the number of CSPRepeat-specific naive precursor B cells and high avidity binding by B cells in driving the immunodominance of the CSPRepeat. Using adoptive transfer of germline precursors specific for the CSPRepeat, we found that increasing precursor number did indeed increase the responses to the repeat region, but not to the detriment of responses to other epitopes. To investigate the role of avid binding by B cells to the CSPRepeat in driving immunodominance we generated CSP9: a truncated CSP molecule with just 9 NANP repeats. Compared to near full length CSP molecules, CSP9 induced lower BCR signalling in CSPRepeat-specific cells and induced stronger responses to non-repeat epitopes. Finally, we found mice immunized with CSP9 molecules were strongly protected against mosquito bite challenge. Collectively these data demonstrate that the CSPRepeat does function as an immunodominant decoy and that truncated CSP molecules may be a promising avenue for future malaria vaccines.

Generating sufficient antibody to block infection is a key challenge for vaccines against malaria. Here we show that antibody titres to a key target, the repeat region of the Plasmodium falciparum circumsporozoite protein (PfCSP), plateaued after two immunizations in a clinical trial of the radiation-attenuated sporozoite vaccine. To understand the mechanisms limiting vaccine responsiveness, we developed Ig-knockin mice with elevated numbers of PfCSP-binding B cells. We determined that recall responses were inhibited by antibody feedback via epitope masking of the immunodominant PfCSP repeat region. Importantly, the amount of antibody that prevents boosting is below the amount of antibody required for protection. Finally, while antibody feedback limited responses to the PfCSP-repeat region in vaccinated volunteers, potentially protective subdominant responses to C-terminal regions did expand with subsequent boosts. These data suggest that antibody feedback drives the diversification of immune responses and that vaccination for malaria will require the targeting of multiple antigens.

Abstract Our understanding of T-cell-dependent humoral responses has been largely shaped by studies involving model antigens such as recombinant proteins and viruses 1,2 . In these contexts, B cells internalize the entire antigen or pathogen, and present a range of antigens to helper CD4 + T cells to initiate the humoral response. However, this model does not account for large pathogens (such as parasites) that are too large to be taken up by individual B cells, and the mechanisms by which B cells acquire and present antigens from large complex pathogens to T cells remain poorly understood. Here we used Plasmodium , the causative parasite of malaria, as a model to investigate the requirements for T cell help for B cells targeting the Plasmodium surface circumsporozoite protein (CSP). Upon Plasmodium sporozoite (SPZ) immunization, CSP-specific B cells can form a synapse-like structure with SPZs and take up CSP and non-CSP surface antigens. As a result, CSP-specific B cells can receive help from CD4 + T cells specific to antigens that are located on the surface but not cytosol of the Plasmodium SPZ. Therefore, B cells can obtain help, not only from T cells with the same protein specificity, but also from T cells specific for spatially linked antigens. This flexibility in T cell help may enhance the initiation and maintenance of humoral immune responses to complex pathogens.

The repeat region of the Plasmodium falciparum circumsporozoite protein (CSP) is a major vaccine antigen because it can be targeted by parasite neutralizing antibodies; however, little is known about this interaction. We used isothermal titration calorimetry, X-ray crystallography and mutagenesis-validated modeling to analyze the binding of a murine neutralizing antibody to Plasmodium falciparum CSP. Strikingly, we found that the repeat region of CSP is bound by multiple antibodies. This repeating pattern allows multiple weak interactions of single FAB domains to accumulate and yield a complex with a dissociation constant in the low nM range. Because the CSP protein can potentially cross-link multiple B cell receptors (BCRs) we hypothesized that the B cell response might be T cell independent. However, while there was a modest response in mice deficient in T cell help, the bulk of the response was T cell dependent. By sequencing the BCRs of CSP-repeat specific B cells in inbred mice we found that these cells underwent somatic hypermutation and affinity maturation indicative of a T-dependent response. Last, we found that the BCR repertoire of responding B cells was limited suggesting that the structural simplicity of the repeat may limit the breadth of the immune response.

Abstract Effector and memory CD8+ T cells accumulate in large numbers in the liver where they play key roles in the control of liver pathogens including Plasmodium . It has also been proposed that liver may act as the main place for elimination of effector CD8+ T cells at the resolution of immune responses. Platelets and the integrin LFA-1 have been proposed to be critical for the accumulation of protective CD8+ T cells in the liver; conversely, asialo-glycoprotein (ASGP) expression on the surface of CD8+ T cells has been proposed to assist in elimination of effector T cells in the liver. Here we investigated the contributions of these interactions in the accumulation of CD8+ T cells activated in vitro or in vivo by immunization with Plasmodium parasites. Using Mpl -/- mice with constitutive thrombocytopaenia and antibody-mediated platelet depletion models we found that severe reduction in platelet concentration in circulation did not strongly influence the accumulation and protective function of CD8+ T cells in the liver in these models. Surprisingly, inhibition of ASGP receptors did not inhibit the accumulation of effector cells in the liver, but instead prevented these cells from accumulating in the spleen. We further found that enforced expression of ASGP on effector CD8+ T cells using ST3GalI knockout cells lead to their loss from the spleen. These data suggest that platelets play a marginal role in CD8+ T cell function in the liver. Furthermore, ASGP-expressing effector CD8+ T cells are retained in the liver but are lost from the spleen.