Recombinant VP1 protein of norovirus GII.4 (Caliciviridae: Norovirus) is capable to induse the production of cross-reacting antibodies

Cover Image

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Norovirus (NoV) is one of the main causes of acute gastroenteritis. Currently, there is no vaccine to prevent norovirus infection. Vaccines under development are based on the capsid protein VP1, which is capable of forming virus-like particles.

The aim of the work was to analyze the immunogenic properties of the recombinant VP1 protein of NoV GII.4.

Materials and methods. In the blood serum of animals immunized with the recombinant VP1 protein obtained by the authors, titers and avidity of total antibodies and IgM antibodies against NoV VP1 were determined using enzyme immunoassay. The ability of the obtained antibodies to interact with NoV of different genotypes was assessed using immunoelectron microscopy.

Results. The recombinant VP1 protein induced high titer antibody production in animals. Total antibodies against VP1 had a high avidity, reaching 100%, which suggests that they have viral neutralizing activity. IgM antibodies had low avidity. Immunoelectron microscopy showed that IgG antibodies against VP1 protein of genotype GII.4 interact with wild-type NoV of genotype GII.7 and GII.17.

Conclusion. The obtained recombinant protein induces a sufficiently strong immune response with the formation of high avidity polyclonal cross-reacting antibodies, which allows us to consider it as an antigen component of a NoV vaccine candidate.

About the authors

Vladislav A. Lapin

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: fridens.95@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5905-5722

Junior Researcher, laboratory of immunochemistry

Russian Federation, 603950, Nizhny Novgorod

Dmitry V. Novikov

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: novikov.dv75@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7049-6935

PhD, Leading Researcher, laboratory of immunochemistry

Russian Federation, 603950, Nizhny Novgorod

Alexander Yu. Kashnikov

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: mevirfc@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1033-7347

Researcher, laboratory of molecular epidemiology of viral infections

Russian Federation, 603950, Nizhny Novgorod

Natalia V. Epifanova

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: epifanovanv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7679-8029

PhD, Leading Researcher, laboratory of molecular epidemiology of viral infections

Russian Federation, 603950, Nizhny Novgorod

Nadezhda A. Novikova

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: novikova_na@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3710-6648

Professor. Head of the laboratory of molecular epidemiology of viral infections

Russian Federation, 603950, Nizhny Novgorod

Ekaterina V. Mokhonova

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: ekaterinamohonova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9742-7646

Researcher, laboratory of immunochemistry

Russian Federation, 603950, Nizhny Novgorod

Dmitry A. Melentev

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: dim-melente@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2441-6874

Junior Researcher, laboratory of immunochemistry

Russian Federation, 603950, Nizhny Novgorod

Maria I. Tsyganova

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: maria_che@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2811-6844

PhD, Leading Researcher, laboratory of immunochemistry

Russian Federation, 603950, Nizhny Novgorod

Dmitry E. Zaitsev

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: mitya.zaitseff@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7663-6924

Senior Lab Assistant, laboratory of immunochemistry

Russian Federation, 603950, Nizhny Novgorod

Viktor V. Novikov

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: mbre@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2449-7213

Professor. Head of the laboratory of immunochemistry

Russian Federation, 603950, Nizhny Novgorod

References

  1. Sergevnin V.I. Modern trends in long-term dynamics of the acute intestinal infections incidence of bacterial and viral etiology. Epidemiologiya i vaktsinoprofilaktika. 2020; 19(4): 14–9. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2020-19-4-14-19 https://elibrary.ru/zejihk (in Russian)
  2. Hall A.J., Wikswo M.E., Pringle K. Vital signs: foodborne norovirus outbreaks – United States, 2009–2012. MMWR Morb. Mortal Wkly Rep. 2014; 63(22): 491–5.
  3. Netzler N.E., Enosi Tuipulotu D., White P.A. Norovirus antivirals: Where are we now? Med. Res. Rev. 2019; 39(3): 860–86. https://doi.org/10.1002/med.21545
  4. Hasso-Agopsowicz M., Hwang A., Hollm-Delgado M.G., Umbelino-Walker I., Karron R.A., Rao R., et al. Identifying WHO global priority endemic pathogens for vaccine research and development using multi-criteria decision analysis. EBioMedicine. 2024; 110: 105424. https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2024.105424
  5. Prasad B.V., Hardy M.E., Dokland T., Bella J., Rossmann M.G., Estes M.K. X-ray crystallographic structure of the Norwalk virus capsid. Science. 1999; 286(5438): 287–90. https://doi.org/10.1126/science.286.5438.287
  6. Chhabra P., de Graaf M., Parra G.I., Chan M.C., Green K., Martella V., et al. Updated classification of norovirus genogroups and genotypes. J. Gen. Virol. 2019; 100(10): 1393–406. https://doi.org/10.1099/jgv.0.001318
  7. Tan M., Jiang X. The p domain of norovirus capsid protein forms a subviral particle that binds to histo-blood group antigen receptors. J Virol. 2005; 79(22): 14017–30. https://doi.org/10.1128/JVI.79.22.14017-14030.2005
  8. Bertolotti-Ciarlet A., White L.J., Chen R., Prasad B.V., Estes M.K. Structural requirements for the assembly of Norwalk virus-like particles. J. Virol. 2002; 76(8): 4044–55. https://doi.org/10.1128/JVI.76.8.4044-4055.2002
  9. Fang H., Tan M., Xia M., Wang L., Jiang X. Norovirus P particle efficiently elicits innate, humoral and cellular immunity. PLoS One. 2013; 8(5): e63269. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0063269
  10. Mohsen M.O., Gomes A.C., Vogel M., Bachmann M.F. Interaction of viral capsid-derived virus-like particles with the innate immune system. Vaccines (Basel). 2018; 6(3): 37. https://doi.org/10.3390/vaccines6030037
  11. Cates J.E., Vinjé J., Parashar U., Hall A.J. Recent advances in human norovirus research and implications for candidate vaccines. Expert. Rev. Vaccines. 2020; 19(6): 539–48. https://doi.org/10.1080/14760584.2020.1777860
  12. Lapin V.A., Novikov D.V., Mokhonova E.V., Melentyev D.A., Tsyganova M.I., Zaitsev D.E., et al. Production of recombinant norovirus VP1 protein and its antigenic and immunogenic properties. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2024; 101(5): 661–7. 2024; 101(5): 661–7. https://doi.org/10.36233/0372-9311-552 https://elibrary.ru/ubmktf (in Russian)
  13. Parra G.I., Azure J., Fischer R., Bok K., Sandoval-Jaime C., Sosnovtsev S.V., et al. Identification of a broadly cross-reactive epitope in the inner shell of the norovirus capsid. PLoS One. 2013; 8(6): e67592. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0067592
  14. Li X., Zhou R., Tian X., Li H., Zhou Z. Characterization of a cross-reactive monoclonal antibody against Norovirus genogroups I, II, III and V. Virus Res. 2010; 151(2): 142–7. https://doi.org/10.1016/j.virusres.2010.04.005
  15. Parra G.I., Abente E.J., Sandoval-Jaime C., Sosnovtsev S.V., Bok K., Green K.Y. Multiple antigenic sites are involved in blocking the interaction of GII.4 Norovirus capsid with ABH histo-blood group antigens. J. Virol. 2012; 86(13): 7414–26. https://doi.org/10.1128/JVI.06729-11
  16. Parker T.D., Kitamoto N., Tanaka T., Hutson A.M., Estes M.K. Identification of Genogroup I and Genogroup II broadly reactive epitopes on the norovirus capsid. J. Virol. 2005; 79(11): 7402–9. https://doi.org/10.1128/JVI.79.11.7402-7409.2005
  17. Shiota T., Okame M., Takanashi S., Khamrin P., Takagi M., Satou K., et al. Characterization of a broadly reactive monoclonal antibody against norovirus genogroups I and II: recognition of a novel conformational epitope. J. Virol. 2007; 81(21): 12298–306. https://doi.org/10.1128/JVI.01196-07
  18. Li X., Zhou R., Wang Y., Sheng H., Tian X., Li H., et al. Identification and characterization of a native epitope common to norovirus strains GII/4, GII/7 and GII/8. Virus Res. 2009; 140(1-2): 188–93. https://doi.org/10.1016/j.virusres.2009.01.015
  19. Yoda T., Terano Y., Suzuki Y., Yamazaki K., Oishi I., Utagawa E., et al. Characterization of monoclonal antibodies generated against Norwalk virus GII capsid protein expressed in Escherichia coli. Microbiol. Immunol. 2000; 44(11): 905–14. https://doi.org/10.1111/j.1348-0421.2000.tb02579.x
  20. Almanza H., Cubillos C., Angulo I., Mateos F., Castón J.R., van der Poel W.H., et al. Self-assembly of the recombinant capsid protein of a swine norovirus into virus-like particles and evaluation of monoclonal antibodies cross-reactive with a human strain from genogroup II. J. Clin. Microbiol. 2008; 46(12): 3971–9. https://doi.org/10.1128/jcm.01204-08
  21. Lindesmith L.C., McDaniel J.R., Changela A., Verardi R., Kerr S.A., Costantini V., et al. Sera antibody repertoire analyses reveal mechanisms of broad and pandemic strain neutralizing responses after human norovirus vaccination. Immunity. 2019; 50(6): 1530–41. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2019.05.007
  22. Hansman G.S., Taylor D.W., McLellan J.S., Smith T.J., Georgiev I., Tame J.R., et al. Structural basis for broad detection of genogroup II noroviruses by a monoclonal antibody that binds to a site occluded in the viral particle. J. Virol. 2012; 86(7): 3635–46. https://doi.org/10.1128/JVI.06868-11
  23. Ford-Siltz L.A., Tohma K., Parra G.I. Understanding the relationship between norovirus diversity and immunity. Gut Microbes. 2021; 13(1): 1–13. https://doi.org/10.1080/19490976.2021.1900994
  24. Winder N., Gohar S., Muthana M. Norovirus: An overview of virology and preventative measures. Viruses. 2022; 14(12): 2811. https://doi.org/10.3390/v14122811
  25. Zharova A.M.D., Talayev V.Yu., Perenkov A.D., Zaichenko I.Ye., Svetlova M.V., Babaykina O.N., et al. In silico analysis of the antigenic properties of norovirus GII.4 Sydney [P16] VP1 protein. Opera Med. Physiol. 2023; 10(3): 140–51. https://doi.org/10.24412/2500-2295-2023-3-140-151
  26. Alvarado G., Salmen W., Ettayebi K., Hu L., Sankaran B., Estes M.K., et al. Broadly cross-reactive human antibodies that inhibit genogroup I and II noroviruses. Nat. Commun. 2021; 12(1): 4320. https://doi.org/10.1038/s41467-021-24649-w
  27. Park J., Lindesmith L.C., Olia A.S., Costantini V.P., Brewer-Jensen P.D., Mallory M.L., et al. Broadly neutralizing antibodies targeting pandemic GII.4 variants or seven GII genotypes of human norovirus. Sci. Transl. Med. 2025; 17(788): eads8214. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.ads8214
  28. Lindesmith L.C., McDaniel J.R., Changela A., Verardi R., Kerr S.A., Costantini V., et al. Sera antibody repertoire analyses reveal mechanisms of broad and pandemic strain neutralizing responses after human norovirus vaccination. Immunity. 2019; 50(6): 1530–41.e8. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2019.05.007

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. IgM antibody titers in mice immunized with recombinant VP1 protein in the absence (a) and presence (b) of aluminium hydroxide. * – statistically significant differences (p < 0.05).

Download (105KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Titers of total antibodies in mice immunized with recombinant VP1 protein in the absence (a) and presence (b) of aluminium hydroxide. * – statistically significant differences (p < 0.05).

Download (117KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Neutralization of mouse total antibodies (AB) and IgM AB by recombinant VP1 protein. 1 – total AB after immunization without adjuvant; 2 – same with adjuvant; 3 – IgM AB after immunization without adjuvant; 4 – same with adjuvant; 5 – total AB of unimmunized mice; 6 – IgM-AB of unimmunized mice.

Download (98KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Comparison of avidity indices of total antibodies (1 – immunization with VP1 alone, 2 – VP1 together with adjuvant) and IgM class antibodies (3 – immunization with VP1 alone, 4 – VP1 together with adjuvant).

Download (47KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Electron micrographs of norovirus particles interacting with antibodies against norovirus VP1 protein. a – norovirus (NoV) genotype GII.4; b – NoV genotype GII.17. c – NoV genotype GII.7; d – GI.3; e – Echovirus 30.

Download (766KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Lapin V.A., Novikov D.V., Kashnikov A.Y., Epifanova N.V., Novikova N.A., Mokhonova E.V., Melentev D.A., Tsyganova M.I., Zaitsev D.E., 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».