Construction of norovirus (Caliciviridae: Norovirus) virus-like particles containing VP1 of the Echovirus 30 (Picornaviridae: Enterovirus: Enterovirus B)

Cover Image

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Enterovirus (nonpolio) infection is widespread all over the world, registered as sporadic cases and large-scale outbreaks and can cause severe lesions such as serous meningitis. Epidemiological studies have shown that enterovirus (Picornaviridae; Enterovirus) variant Echovirus 30 (E30) is the most frequently detected variant in patients with enterovirus meningitis in the Russian Federation. However, no vaccines to prevent the disease caused by this pathogen have been developed so far. One of the promising modern trends in terms of creating vaccine preparations is the use of virus-like particles (VLPs), including chimeric ones containing the biological structures of viruses belonging to different species.

The aim of this work was to obtain norovirus (Caliciviridae; Norovirus) VLPs displaying enterovirus Echovirus E30 full-length VP1 on the surface.

Material and methods. The nucleotide sequences of VP1 protein of norovirus genotype GII.4 and VP1 E30 of genotype h circulating in Russia were used. The SN-VP1E30 protein was constructed, in which the shell (S) and the hinge regions of the norovirus VP1 are fused into one molecule with the full-length VP1 of the E30 virus. The protein was expressed in E. coli, purified using affinity chromatography, and characterized by polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) and immunoblotting. VLPs were visualized by electron microscopy.

Results. The S N-VP1E30 protein expressed in E. coli as insoluble form, so the conditions for SN-VP1E30 solublisation were defined. Sucrose has been shown to significantly increase the efficiency of renaturation. Electrophoretic mobility comparison of denatured and non-denatured SN-VP1E30 demonstrated that most monomers form high molecular weight compounds. Electron microscopy showed that renatured SN-VP1E30 spontaneously forms empty virus-like particles about 50 nm in diameter.

Conclusion. Chimeric protein SN-VP1E30 self-assemble into VLPs displaying the VP1 protein of E30 variant that is highly prevalent in Russia. Further immunological research is necessary to characterize VLPs potential for development of the vaccine for enteroviral meningitis prevention.

About the authors

D. V. Novikov

FSBI «Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Author for correspondence.
Email: novikov.dv75@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7049-6935

Dmitry V. Novikov, Ph.D. (Biol.), Associate Professor, Lead Researcher of the Immunochemistry Laboratory

603950, Nizhny Novgorod, Russia

Russian Federation

D. A. Melentev

FSBI «Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor); FSAEI HE «National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod» of the Ministry of Education and Science of Russia

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-2441-6874

603950, Nizhny Novgorod, Russia

Russian Federation

V. V. Mokhonov

FSBI «Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-8542-5723

603950, Nizhny Novgorod, Russia

Russian Federation

A. Yu. Kashnikov

FSBI «Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-1033-7347

603950, Nizhny Novgorod, Russia

Russian Federation

N. A. Novikova

FSBI «Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-3710-6648

603950, Nizhny Novgorod, Russia

Russian Federation

V. A. Lapin

FSBI «Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor); FSAEI HE «National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod» of the Ministry of Education and Science of Russia

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-5905-5722

603950, Nizhny Novgorod, Russia

Russian Federation

E. V. Mokhonova

FSBI «Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor)

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-9742-7646

603950, Nizhny Novgorod, Russia

Russian Federation

V. V. Novikov

FSBI «Academician I.N. Blokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology» of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare (Rospotrebnadzor); FSAEI HE «National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod» of the Ministry of Education and Science of Russia

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-2449-7213

603950, Nizhny Novgorod, Russia

Russian Federation

References

  1. Brouwer L., Moreni G., Wolthers K.C., Pajkrt D. World-wide prevalence and genotype distribution of enteroviruses. Viruses. 2021; 13(3): 434. https://doi.org/10.3390/v13030434
  2. Mao Q., Wang Y., Bian L., Xu M., Liang Z. EV-A71 vaccine licensure: a first step for multivalent enterovirus vaccine to control HFMD and other severe diseases. Emerg. Microbes Infect. 2016; 5(7): e75. https://doi.org/10.1038/emi.2016.73
  3. Zell R., Delwart E., Gorbalenya A.E., Hovi T., King A.M.Q., Knowles N.J., et al. ICTV virus taxonomy profile: Picornaviridae. J. Gen. Virol. 2017; 98(10): 2421–2. https://doi.org/10.1099/jgv.0.000911
  4. Xu W., Liu C., Yan L., Li J., Wang L., Qi Y., et al. Distribution of enteroviruses in hospitalized children with hand, foot and mouth disease and relationship between pathogens and nervous system complications. Virol. J. 2012; 9: 8. https://doi.org/10.1186/1743-422X-9-8
  5. Kupila L., Vuorinen T., Vainionpaa R., Hukkanen V., Marttila R.J., Kotilainen P. Etiology of aseptic meningitis and encephalitis in an adult population. Neurology. 2006; 66(1): 75–80. https://doi.org/10.1212/01.wnl.0000191407.81333.00
  6. Chang L.Y., Lin H.Y., Gau S.S., Lu C.Y., Hsia S.H., Huang Y.C., et al. Enterovirus A71 neurologic complications and long-term sequelae. J. Biomed. Sci. 2019; 26(1): 57. https://doi.org/10.1186/s12929-019-0552-7
  7. Abedi G.R., Watson J.T., Pham H., Nix W.A., Oberste M.S., Gerber S.I. Enterovirus and human parechovirus surveillance – United States, 2009–2013. MMWR. Morb. Mortal. Wkly. Rep. 2015; 64(34): 940–3. https://doi.org/10.15585/mmwr.mm6434a3
  8. Голицына Л.Н., Зверев В.В., Селиванова С.Г., Пономарёва Н.В., Кашников А.Ю., Созонов Д.В., и др. Этиологическая структура энтеровирусных инфекций в Российской Федерации в 2017–2018 гг. Здоровье населения и среда обитания. 2019; (8): 30–8. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2019-317-8-30-38
  9. He X., Zhang M., Zhao C., Zheng P., Zhang X., Xu J. From monovalent to multivalent vaccines, the exploration for potential preventive strategies against hand, foot, and mouth disease (HFMD). Virol. Sin. 2021; 36(2): 167–75. https://doi.org/10.1007/s12250-020-00294-3
  10. Lema C., Torres C., Van der Sanden S., Cisterna D., Freire M.C., Gomez R.M., et al. Global phylodynamics of Echovirus 30 revealed differential behavior among viral lineages. Virology. 2019; 531: 79–92. https://doi.org/10.1016/j.virol.2019.02.012
  11. Xia M., Huang P., Sun C., Han L., Vago F.S., Li K., et al. Bioengineered norovirus S60 nanoparticles as a multifunctional vaccine platform. ACS Nano. 2018; 12(11): 10665–82. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b02776
  12. Tan M., Huang P., Xia M., Fang P.A., Zhong W., McNeal M., et al. Norovirus P particle, a novel platform for vaccine development and antibody production. J. Virol. 2011; 85(2): 753–64. https://doi.org/10.1128/JVI.01835-10
  13. Kissmann J., Ausar S.F., Foubert T.R., Brock J., Switzer M.H., Detzi E.J., et al. Physical stabilization of Norwalk virus-like particles. J. Pharm. Sci. 2008; 97(10): 4208–18. https://doi.org/10.1002/jps.21315
  14. Yuan J., Shen L., Wu J., Zou X., Gu J., Chen J., et al. Enterovirus A71 proteins: Structure and function. Front. Microbiol. 2018; 9: 286. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00286
  15. Dudek N.L., Perlmutter P., Aguilar M.I., Croft N.P., Purcell A.W. Epitope discovery and their use in peptide based vaccines. Curr. Pharm. Des. 2010; 16(28): 3149–57. https://doi.org/10.2174/138161210793292447
  16. Mohsen M.O., Gomes A.C., Vogel M., Bachmann M.F. Interaction of viral capsid-derived virus-like particles (VLPs) with the innate immune system. Vaccines. 2018; 6(3): 37. https://doi.org/10.3390/vaccines6030037
  17. Anggraeni M.R., Connors N.K., Wu Y., Chuan Y.P., Lua L.H., Middelberg A.P. Sensitivity of immune response quality to influenza helix 190 antigen structure displayed on a modular virus-like particle. Vaccine. 2013; 31(40): 4428–35. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2013.06.087
  18. Rivera-Hernandez T., Hartas J., Wu Y., Chuan Y.P., Lua L.H., Good M., et al. Self-adjuvanting modular virus-like particles for mucosal vaccination against group A streptococcus (GAS). Vaccine. 2013; 31(15): 1950–5. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2013.02.013
  19. Tacket C.O., Sztein M.B., Losonsky G.A., Wasserman S.S., Estes M.K. Humoral, mucosal, and cellular immune responses to oral Norwalk virus-like particles in volunteers. Clin. Immunol. 2003; 108(3): 241–7. https://doi.org/10.1016/s1521-6616(03)00120-7
  20. Zhao H., Li H.Y., Han J.F., Deng Y.Q., Zhu S.Y., Li X.F., et al. Novel recombinant chimeric virus-like particle is immunogenic and protective against both enterovirus 71 and coxsackievirus A16 in mice. Sci. Rep. 2015; 5: 7878. https://doi.org/10.1038/srep07878
  21. Zhang C., Zhang X., Zhang W., Dai W., Xie J., Ye L., et al. Enterovirus D68 virus-like particles expressed in Pichia pastoris potently induce neutralizing antibody responses and confer protection against lethal viral infection in mice. Emerg. Microbes Infect. 2018; 7(1): 3. https://doi.org/10.1038/s41426-017-0005-x
  22. Le D.T., Müller K.M. In vitro assembly of virus-like particles and their applications. Life (Basel). 2021; 11(4): 334. https://doi.org/10.3390/life11040334

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Novikov D.V., Melentev D.A., Mokhonov V.V., Kashnikov A.Y., Novikova N.A., Lapin V.A., Mokhonova E.V., Novikov V.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».