Research Article

Immunization with plasmid DNA expressing Heat Shock Protein 40 confers prophylactic protection against chronic Toxoplasma gondii infection in Kunming mice

L’immunisation avec de l’ADN plasmidique exprimant la protéine de choc thermique HSP40 confère une protection prophylactique contre une infection chronique à Toxoplasma gondii chez des souris Kunming

¹ College of Animal Science and Technology, Anhui Agricultural University, Hefei, Anhui 230036, PR China
² State Key Laboratory of Veterinary Etiological Biology, Key Laboratory of Veterinary Parasitology of Gansu Province, Lanzhou Veterinary Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou, Gansu 730046, PR China
³ Faculty of Medicine and Health Sciences, School of Veterinary Medicine and Science, University of Nottingham, Sutton Bonington Campus, Loughborough LE12 5RD, UK
⁴ College of Biological Science and Technology, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing, Heilongjiang 163319, PR China

^* Corresponding author: lzy210930@163.com

Received: 29 March 2018
Accepted: 7 July 2018

Abstract

Toxoplasma gondii causes one of the most common protozoal diseases of humans and animals worldwide. With the aim of designing an effective vaccine against T. gondii infection, we examined the immunogenicity of a DNA vaccine expressing heat shock protein 40 (HSP40) against challenge with T. gondii (type I RH and type II Pru) strains in Kunming mice. The plasmid pVAX1-HSP40 was constructed and used to immunize mice by intramuscular injection for three sequential immunizations with two-week intervals. This immunization regimen significantly reduced parasite cyst burden in pVAX1-HSP40-immunized mice (1871.9 ± 142.3) compared with control mouse groups immunized with pVAX1 (3479.2 ± 204.4), phosphate buffered saline (3024.4 ± 212.8), or left untreated (3275.0 ± 179.8) as healthy controls (p < 0.01). However, immunization failed to protect mice against challenge with the virulent RH strain. There was a significant increase in T lymphocyte subclasses (CD3e⁺CD4⁺ T and CD3e⁺CD8a⁺ T lymphocytes) in splenic tissues in immunized mice compared with controls (p < 0.05). However, the level of antibodies, lymphocyte proliferation and concentration of cytokines (IFN-γ, IL-2, IL-4, IL-10 and IL-12p70) were not significantly different between immunized and control mouse groups (p < 0.05). These data indicate that pVAX1-HSP40 induced specific immune responses and achieved a significant reduction in the number of brain cysts in Pru-infected mice, and thus can be tested in future immunization studies along with plasmids containing other immunogenic proteins as a cocktail vaccine to fully abolish chronic toxoplasmosis.

Résumé

Toxoplasma gondii provoque l’une des maladies à protozoaires les plus courantes chez les humains et les animaux dans le monde entier. Dans le but de concevoir un vaccin efficace contre l’infection à T. gondii, nous avons examiné l’immunogénicité d’un vaccin ADN exprimant la protéine de choc thermique HSP40 contre des souches de T. gondii (type I RH et type II Pru) chez des souris Kunming. Le plasmide pVAX1-HSP40 a été construit et utilisé pour immuniser des souris par injection intramusculaire pour trois immunisations séquentielles avec des intervalles de deux semaines. Ce schéma d’immunisation a réduit significativement la charge de kyste parasitaire chez les souris immunisées par pVAX1-HSP40 (1871.9 ± 142.3) par rapport aux groupes de souris témoins immunisés avec pVAX1 (3479.2 ± 204.4), traités par solution saline tamponnée au phosphate (3024.4 ± 212.8) ou non traités (3275.0 ± 179.8) comme témoins sains (p < 0.01). Cependant, l’immunisation n’a pas réussi à protéger les souris contre la souche virulente RH. Il y avait une augmentation significative des sous-classes de lymphocytes T (lymphocytes T CD3e⁺ CD4⁺ T et CD3e⁺CD8a⁺) dans les tissus spléniques chez les souris immunisées par rapport aux témoins (p < 0.05). Cependant, le taux d’anticorps, la prolifération lymphocytaire et la concentration de cytokines (IFN-γ, IL-2, IL-4, IL-10 et IL-12p70) n’étaient pas significativement différents entre les groupes de souris immunisés et témoins (p < 0.05). Ces données indiquent que pVAX1-HSP40 induit des réponses immunitaires spécifiques et réduit significativement le nombre de kystes cérébraux chez les souris infectées par Pru, et peut donc être testé dans des études de vaccination futures avec des plasmides contenant d’autres protéines immunogènes dans un cocktail de vaccins, pour abolir la toxoplasmose chronique.