In malaria parasites, the erythrocyte binding-like proteins (EBL) are a family of invasion proteins that are attractive vaccine targets. In the case of Plasmodium vivax, the widespread malaria parasite, blood-stage vaccines have been largely focused on a single EBL candidate, the Duffy binding-like domain (DBL) of the Duffy binding protein (DBPII), due to its well-characterized role in the reticulocyte invasion. A novel P. vivax EBL family member, the Erythrocyte binding protein (EBP2, also named EBP or DBP2), binds preferentially to reticulocytes and may mediate an alternative P. vivax invasion pathway. To gain insight into the natural genetic diversity of the DBL domain of EBP2 (region II; EBP2-II), we analyzed ebp2-II gene sequences of 71 P. vivax isolates collected in different endemic settings of the Brazilian Amazon rainforest, where P. vivax is the predominant malaria-associated species. Although most of the substitutions in the ebp2-II gene were non-synonymous and suggested positive selection, the results showed that the DBL domain of the EBP2 was much less polymorphic than that of DBPII. The predominant EBP2 haplotype in the Amazon region corresponded to the C127 reference sequence first described in Cambodia (25% C127-like haplotype). An overview of ebp2-II gene sequences available at GenBank (n = 352) from seven countries (Cambodia, Madagascar, Myanmar, PNG, South Korea, Thailand, Vietnam) confirmed the C127-like haplotype as highly prevalent worldwide. Two out of 43 haplotypes (5 to 20 inferred per country) showed a global frequency of 60%. The results presented here open new avenues of research pursuit while suggesting that a vaccine based on the DBL domain of EBP2 should target a few haplotypes for broad coverage.

Abstract CelTOS is an essential Plasmodium traversal protein and conserved in apicomplexan parasites. We showed that CelTOS forms pores in cell membranes to enable traversal of parasites through cells (Jimah et al., 2016). Here, we establish roles for the distinct regions of CelTOS, examine the mechanism of pore formation and evaluate the immunogenicity of engineered CelTOS variants. CelTOS dimer dissociation is required for pore formation as disulfide bridging between monomers inhibits pore formation and this inhibition is rescued by disulfide-bridge reduction. A helix destabilizing Pro127 allows CelTOS to undergo significant conformational changes to assemble into pores. The flexible C-terminus of CelTOS is a negative regulator that limits pore formation. Lipid binding is a pre-requisite for pore assembly as mutation of a phospholipid binding site in CelTOS resulted in loss of lipid binding and abrogated pore formation. The disulfide-locked and N-terminal deletion mutants showed improved immunogenicity relative to wild-type CelTOS in mice. These findings have implications for pore-forming proteins that are essential for diverse functions, identify critical regions in CelTOS, and will guide the design of effective CelTOS-targeting vaccines to combat infection and transmission of malaria and apicomplexan parasites.