background image

Journal Pre-proof

Multi-epitope transplantation enables cross-type neutralization of phylogenetically

distant HPV11/6/53 in mice

Ciying Qian, Yujie Xu, Yang Huang, Jie Chen, Yanan Jiang, Jingjia Shen, Fei Gao,

Tianyu Ren, Yihan Lu, Shuyue Zhang, Chengzong Zhang, Daning Wang, Lizhi Zhou,

Tingting Li, Zhibo Kong, Qingbing Zheng, Hai Yu, Ying Gu, Ningshao Xia, Shaowei Li
PII:

S2589-0042(25)01738-9

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113477

Reference:

ISCI 113477

To appear in:

iScience

Received Date: 4 March 2025
Revised Date: 29 June 2025
Accepted Date: 28 August 2025

Please cite this article as: Qian, C., Xu, Y., Huang, Y., Chen, J., Jiang, Y., Shen, J., Gao, F., Ren, T., Lu,

Y., Zhang, S., Zhang, C., Wang, D., Zhou, L., Li, T., Kong, Z., Zheng, Q., Yu, H., Gu, Y., Xia, N., Li, S.,

Multi-epitope transplantation enables cross-type neutralization of phylogenetically distant HPV11/6/53 in

mice, (2025), doi: 

https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113477

.

This is a PDF file of an article that has undergone enhancements after acceptance, such as the addition

of a cover page and metadata, and formatting for readability, but it is not yet the definitive version of

record. This version will undergo additional copyediting, typesetting and review before it is published

in its final form, but we are providing this version to give early visibility of the article. Please note that,

during the production process, errors may be discovered which could affect the content, and all legal

disclaimers that apply to the journal pertain.

© 2025 The Author(s). Published by Elsevier Inc.

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

 

Multi-epitope  transplantation  enables  cross-type  neutralization  of 

phylogenetically distant HPV11/6/53 in mice

 

Ciying  Qian

1,2,  #

, Yujie  Xu

1,2,  #

, Yang  Huang

1,2,  #

,  Jie  Chen

1,2,

, Yanan  Jiang

1,2

Jingjia  Shen

1,2

,  Fei  Gao

1,2

,  Tianyu  Ren

1,2

,  Yihan  Lu

1,2

,  Shuyue  Zhang

1,2

Chengzong  Zhang

1,2

,  Daning  Wang

1,2

,  Lizhi  Zhou

1,2

,  Tingting  Li

1,2

,  Zhibo 

Kong

1,2

, Qingbing Zheng

1,2

, Hai Yu

1,2

, Ying Gu

1,2, 

*, Ningshao Xia

1,2, 

*, Shaowei 

Li

1,2, 

** 

1.  State  Key  Laboratory  of  Vaccines  for  Infectious  Diseases,  Xiang  An 

Biomedicine  Laboratory,  Discipline  of  Intelligent  Instrument  and  Equipment, 

Department  of  Experimental  Medicine,  School  of  Life  Sciences,  School  of 

10 

Public Health, Xiamen University, Xiamen, China. 

11 

2.  National  Institute  of  Diagnostics  and  Vaccine  Development  in  Infectious 

12 

Diseases,  National  Innovation  Platform  for  Industry-Education  Integration  in 

13 

Vaccine Research, Xiamen University, Xiamen, China. 

14 

**Lead  Contact:  S.L.  (Email:  [shaowei@xmu.edu.cn])  will  serve  as  the  Lead 

15 

Contact  for  this  study. All  requests  for  materials,  data,  or  further  information 

16 

should be directed to S.L. 

17 

# C.Q., Y.X., and Y.H. contributed equally to this work. 

18 

* Corresponding Authors: S.L., N.X., and Y. G. are all corresponding authors. 

19 

E-mail:  (S.L.)  shaowei@xmu.edu.cn,  (N.X.)  nsxia@xmu.edu.cn,  (Y.  G.) 

20 

guying@xmu.edu.cn 

21 

Running title: 

A chimeric VLP vaccine against HPV types 11, 6 and 53

22 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

 

Summary 

23 

In the post-vaccine era, non-vaccine HPV types necessitate broader-spectrum 

24 

HPV  vaccines.  This  study  explores  epitope  transplantation  to  bridge 

25 

phylogenetic  gaps  between  distant  types.  Using  the  H11-6HI  molecule, 

26 

originally designed to cross-neutralize HPV11 and HPV6, we replaced its DE 

27 

and  FG  loops  with  critical  neutralizing  epitopes  from  HPV53,  yielding  the 

28 

chimeric VLP H11-6HI-53DE-FG. Cryo-electron microscopy confirmed a well-

29 

assembled T=7 virus-like structure. Pseudovirus-based  neutralization assays 

30 

revealed  balanced  neutralizing  antibody  titers  against  HPV11,  HPV6,  and 

31 

HPV53, with ED

50

 values of 0.528 µg, 0.544 µg, and 0.374 µg, respectively, in 

32 

mice.  This  approach  demonstrates  that  multi-epitope  transplantation  can 

33 

overcome  phylogenetic  barriers  between  α10  and  α6  HPV  types,  enabling 

34 

cross-neutralization between high-risk and low-risk viruses. These results offer 

35 

a  promising  foundation  for  designing  next-generation  HPV  vaccines  with 

36 

expanded coverage.

37 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

 

Introduction 

38 

Human papillomavirus (HPV) is a non-enveloped, double-stranded DNA virus 

39 

encompassing over 230 identified genotypes, classified into low-risk (LR-HPV) 

40 

and high-risk (HR-HPV) categories based on their oncogenic potential

1-5

. These 

41 

viruses  infect  basal  epithelial  cells  through  minor  abrasions  in  the  skin  or 

42 

mucosa,  with  subsequent  internalization  mediated  by  capsid  proteins 

43 

interacting with host receptors. Following entry, the viral genome, assisted by 

44 

the L2 capsid protein, translocates to the nucleus

6,7

. HR-HPVs, such as HPV16 

45 

and HPV18, are the primary etiological agents of cervical cancer, anogenital 

46 

malignancies,  and  oropharyngeal  squamous  cell  carcinomas

8-11

.  Conversely, 

47 

LR-HPVs  like  HPV6  and  HPV11  are  predominantly  associated  with  benign 

48 

conditions  such  as  genital  warts  and  recurrent  respiratory  papillomatosis

12

49 

Globally,  cervical  cancer  remains  a  major  public  health  concern,  with  over 

50 

662,000 new cases and 348,000 deaths reported annually

13,14

. This highlights 

51 

the  critical  need  for  effective  prevention  strategies  against  HPV-associated 

52 

diseases. The advent of prophylactic HPV vaccines has revolutionized efforts 

53 

to  reduce  the  burden  of  HPV-related  cancers  and  benign  lesions

15-17

. These 

54 

vaccines utilize the self-assembling properties of the L1 capsid protein to form 

55 

virus-like  particles  (VLPs),  which  mimic  the  natural  virion  and  elicit  strong 

56 

immune  responses

18

.  Among  the  currently  approved  vaccines,  Gardasil  9 

57 

provides the broadest coverage, targeting seven HR types (HPV16, −18, −31, 

58 

−33,  −45,  −52,  and  −58)  and  two  LR  types  (HPV6  and  −11),  collectively 

59 

accounting for 90% of HPV-associated cancers and 70% of genital warts

16,19

.  

60 

However,  the  type-specific  nature  of  existing  vaccines  limits  their  coverage, 

61 

leaving significant gaps

20-23

62 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

 

The phylogenetic diversity and structural variability among HPV types present 

63 

significant challenges to vaccine development. L1, the major structural protein 

64 

of HPV, forms the primary immunogenic component of VLP-based vaccines

24

.  

65 

This protein contains five surface-exposed loop regions (BC, DE, EF, FG, and 

66 

HI),  which  house  most  neutralizing  antibody  epitopes

25-27

.  Notably,  the 

67 

structural disparities among these loops between phylogenetically distant HPV 

68 

types  underscore  the  challenges  in  achieving  cross-type  neutralization

28

69 

Existing vaccines elicit predominantly type-specific immunity, with limited cross-

70 

protection, necessitating innovative strategies to bridge these antigenic gaps. 

71 

Recent  advances  in  structural  vaccinology  and  epitope  transplantation  have 

72 

highlighted  promising  approaches  for  addressing  these  challenges.  By 

73 

transplanting neutralizing epitopes from one HPV type into the L1 scaffold of 

74 

another,  researchers  have  demonstrated  the  potential  to  induce  cross-

75 

neutralizing  immune  responses,  particularly  within  closely  related  HPV 

76 

types

28,29

.  Our previous work validated this approach by designing HPV11-6HI 

77 

VLPs,  wherein  immunodominant  epitopes  from  HPV6  were  strategically 

78 

transplanted onto the L1 scaffold of HPV11. This construct successfully induced 

79 

cross-neutralizing  responses  against  both  HPV6  and  HPV11  in  preclinical 

80 

models

30

.  However, when applied to phylogenetically distant HPV types, such 

81 

as  HPV33/59  and  HPV58/59,  single-loop  transplantation  strategies  yielded 

82 

limited  success,  emphasizing  the  need  for  more  comprehensive  designs  to 

83 

overcome genetic and structural barriers

28,31

84 

A critical gap in current HPV vaccine research lies in the limited exploration of 

85 

cross-type  strategies  that  bridge  LR  and  oncogenic  or  potentially  oncogenic 

86 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

 

types. To address this, we selected HPV6 and HPV11

well-characterized LR 

87 

types within the α10 species that are widely known for causing benign diseases 

88 

such  as  genital  warts  and  recurrent  respiratory  papillomatosis

as  the 

89 

structural  scaffolds  for  chimeric  VLP  design.

 

In  contrast,  we  engineered 

90 

epitopes from HPV53, a less widely recognized but epidemiologically relevant 

91 

type,  to  test  cross-type  epitope  transplantation  and  neutralization  potential. 

92 

Although  HPV53  is  classified  by  the  International  Agency  for  Research  on 

93 

Cancer  (IARC)  as  a  possibly  carcinogenic  type  (Group  2B),  its  clinical  and 

94 

epidemiological  significance  should  not  be  overlooked,  particularly  in  East 

95 

Asian  populations

32-34

.  Several  large-scale  studies  conducted  in  China  have 

96 

consistently  identified  HPV53  among  the  top  four  most  prevalent  high-risk-

97 

associated genotypes.  For example, in a cervical screening study of 105,679 

98 

women in Wuhan (2015

2022), HPV53 ranked fourth among high-risk types, 

99 

with  a  prevalence  of  1.87%.  Among  patients  diagnosed  with  high-grade 

100 

squamous  intraepithelial  lesions  (HSIL+)  by  ThinPrep  cytologic  test  (TCT), 

101 

HPV53  ranked  fifth

35

.  Similar  findings  were  observed  in  Liaocheng  (2.77% 

102 

prevalence in 34,076 women)

36

 and in Jilin Province, where HPV53 accounted 

103 

for 3.4% of infections in a cohort of 21,282 women and was found in 8.9% of 

104 

cervical  cancer  cases

37

.  In  South  Korea,  HPV53  was  the  most  frequently 

105 

detected genotype among HPV-positive women, with a prevalence of 9.69% in 

106 

a cohort of 18,170 individuals

38

.  Globally, HPV53 is detected in 1.2% of women 

107 

with normal cytology, but its prevalence rises to 7.3% in low-grade lesions and 

108 

3.5%  in  high-grade  lesions

2

.  Despite  its  exclusion  from  current  vaccine 

109 

formulations, the regional burden and phylogenetic divergence of HPV53 from 

110 

vaccine-included  LR  types  like  HPV6  and  HPV11  make  it  a  structurally  and 

111 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

 

immunologically  meaningful  candidate  for  testing  cross-type  neutralization. 

112 

Therefore, in this study, we used the HPV11 L1 scaffold incorporating the HI 

113 

loop of HPV6 (H11-6HI) as a foundation, and introduced additional neutralizing 

114 

loops from HPV53 (DE and FG) to construct a chimeric VLP. This design allows 

115 

us  to  assess  the  feasibility  of  multi-epitope  transplantation  in  bridging 

116 

phylogenetic  gaps  and  expanding  the  coverage  of  next-generation  HPV 

117 

vaccines. 

118 

In this study, we address the critical challenge of bridging the phylogenetic gap 

119 

between possibly carcinogenic type and LR HPV types by designing a chimeric 

120 

VLP,  H11-6HI-53DE-FG.  Building  on  the  original  design  of  H11-6HI,  which 

121 

incorporates  the  immunodominant  HI  loop  of  HPV6  onto  the  L1  scaffold  of 

122 

HPV11, we strategically introduced two key neutralizing epitopes from HPV53 

123 

(DE  and  FG  loops)  into  this  established  framework.  This  multi-epitope 

124 

transplantation approach resulted in a chimeric VLP capable of inducing robust 

125 

cross-neutralization  across  HPV6,  HPV11,  and  HPV53.  This  study  not  only 

126 

demonstrates the feasibility of using multi-epitope transplantation to overcome 

127 

phylogenetic  barriers  but  also  establishes  a  framework  for  developing  next-

128 

generation HPV vaccines with expanded coverage. By addressing the unmet 

129 

need  for  protection  against  both  LR  and 

possibly  carcinogenic

  types,  our 

130 

findings lay the groundwork for inclusive and broad-spectrum HPV prevention 

131 

strategies. 

132 

Results  

133 

Phylogenetic analysis of HPV L1 sequences   

134 

According  to  the  carcinogenic  classification  by  the  International  Agency  for 

135 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

 

Research on Cancer (IARC), 25 HPV types have been identified as potentially 

136 

oncogenic. Among them, HPV6 and HPV11 are classified as LR types, while 

137 

several other HPV types have uncertain carcinogenic potential

3,4

. In this study, 

138 

we obtained 46 representative L1 gene sequences from the International HPV 

139 

Reference Center, comprising all 25 oncogenic HPV types, two low-risk types 

140 

(HPV6  and  HPV11),  and  several  types  with  undefined  carcinogenicity,  to 

141 

conduct a comprehensive phylogenetic analysis. As shown in Supplementary 

142 

Fig. 1, phylogenetic analysis revealed that HPV6 and HPV11, both belonging 

143 

to the α10 species, exhibit close evolutionary relatedness. In contrast, they are 

144 

evolutionarily distant from HPV53, a possibly carcinogenic type classified within 

145 

the  α6  species.  Further  sequence  identity  analysis  using  Clustal  Omega 

146 

software, showed an overall amino acid sequence similarity of 61.8% among 

147 

HPV11,  HPV6,  and  HPV53  for  the  L1  protein.  The  highest  similarity  was 

148 

observed between HPV11 and HPV6 (91.45%), whereas HPV53 shared 64.41% 

149 

and  63.42%  sequence  identity  with  HPV11  and  HPV6,  respectively.  These 

150 

findings further corroborate the closer evolutionary relationship between HPV11 

151 

and HPV6, while their divergence from HPV53 is substantially greater than that 

152 

observed  between  HPV56/66  and  HPV53.  To  gain  deeper  insights  into 

153 

sequence variation, we compared the loop regions of HPV11 and HPV53 in the 

154 

L1 protein (Supplementary Fig. 2). Significant differences were observed in the 

155 

number of amino acid residues across the BC, DE, EF, and FG loop regions, 

156 

with variations of 7, 19, 9, and 15 residues, respectively. Given that the loop 

157 

regions of L1 play a critical role in the immunogenicity of VLPs, we hypothesize 

158 

that a homologous loop replacement strategy could be a potential approach for 

159 

designing broad-spectrum, cross-protective VLP-based vaccines. However, the 

160 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

 

feasibility of cross-protection between distantly related types, such as HPV53 

161 

and HPV6/11, remains to be experimentally validated. 

162 

Expression  and  purification  of  H11-6HI  and  HPV53  single-  and  double-

163 

loop swapped chimeric molecules in E. coli 

164 

We engineered a series of chimeric molecules by replacing the loop sequences 

165 

encoding HPV53 BC, DE, EF, and FG with the homologous loop regions of the 

166 

H11-6HI molecule. These modifications included both single-loop and double-

167 

loop  exchanges,  yielding  a  total  of  10  HPV11/6/53  chimeric  molecules.  The 

168 

coding sequences of these chimeras were subsequently cloned into the pTO-

169 

T7 vector for expression in Escherichia coli (Figure 1A). All chimeric constructs 

170 

were  expressed  as  soluble  proteins  and  isolated  from  the  supernatant  of 

171 

bacterial lysates using a two-step chromatography protocol. This approach is 

172 

designed to facilitate their assessment and potential development as vaccine 

173 

candidates.  Initially,  SP-FF  strong  cation  exchange  chromatography  was 

174 

employed  to  purify  HPV  pentamers.  As  illustrated  in  Figure  1B,  with  the 

175 

exception  of  H11-6HI-53BC-DE,  the  target  proteins  were  eluted  at  high  salt 

176 

concentrations,  each  with  a  molecular  weight  of  approximately  55  kDa  and 

177 

achieving satisfactory purity levels. To promote the assembly of HPV pentamers 

178 

into VLPs, the protein-containing fractions were subjected to dialysis to remove 

179 

dithiothreitol. This  was  followed  by  Superdex  200  purification  to  obtain  high-

180 

purity HPV VLPs. The SDS-PAGE analysis demonstrated that the protein purity 

181 

significantly improved after the second purification step (Figure 1C). Additionally, 

182 

these  high-purity  VLPs  exhibited  strong  reactivity  with  the  HPV  L1  specific 

183 

antibody 4B3, as shown in Figure 1D. 

184 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

 

Characterization of the in vitro assembled H11-6HI and HPV53 chimeric 

185 

VLPs 

186 

To comprehensively characterize the physical and chemical properties of the 

187 

chimeric  VLPs,  we  employed  a  variety  of  analytical  techniques,  including 

188 

transmission  electron  microscopy  (TEM),  high-performance  size  exclusion 

189 

chromatography  (HPSEC),  and  dynamic  light  scattering  (DLS). The  H11-6HI 

190 

and HPV53 VLPs served as controls for these analyses.  As depicted in Figure 

191 

2A,  exchanging  single-loop  regions  between  H11-6HI  and  HPV53  did  not 

192 

impact  their  self-assembly  in  vitro.  All  four  single-loop  swap  constructs 

193 

successfully assembled into uniform and regular VLPs, with retention times of 

194 

approximately  13  minutes  (±  0.2  minutes)  observed  in  HPSEC.  DLS 

195 

measurements indicated particle radii around 30 nm for the H11-6HI-53 single-

196 

loop chimeric molecules, closely mirroring the attributes of the H11-6HI control. 

197 

Building  upon  the  single-loop  exchanges,  we  introduced  additional  loop 

198 

regions from HPV53 to produce double-loop swap constructs. Refer to Figure 

199 

2B  for  a  visual  depiction  of  the  described  VLP  assembly  and  relevant 

200 

chromatographic  profiles,  apart  from  the  H11-6HI-53BC-DE  construct,  which 

201 

failed  to  assemble  completely  and  could  not  form  VLPs  separable  from 

202 

pentamers,  all  other  double-loop  swap  constructs  retained  the  particle 

203 

properties characteristic of the H11-6HI scaffold.  Notably, these constructs did 

204 

not  adopt  the  irregular  rod-shaped  morphology  commonly  associated  with 

205 

HPV53 assemblies, as reported in previous studies

28

. Instead, the double-loop 

206 

chimeric  VLPs  displayed  a  single-peak  distribution  in  HPSEC,  indicative  of 

207 

good uniformity, and their particle sizes remained consistent with the H11-6HI 

208 

scaffold. 

209 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

10 

 

Our findings suggest that homologous loop region exchanges between the 

210 

phylogenetically distant HPV11 and HPV53 types exert minimal influence on 

211 

VLP assembly. This preservation of structural integrity and particle uniformity 

212 

highlights  the  robustness  of  the  VLP  scaffold  despite  significant  genomic 

213 

alterations.  These  insights  are  critical  for  optimizing  the  design  and 

214 

development of VLP-based vaccines, where cross-type chimeric constructs can 

215 

be beneficial.  

216 

Immunogenicity analysis of H11-6HI and HPV53 chimeric VLPs in mice 

217 

To investigate the immunogenic properties of the well-assembled H11-6HI-53 

218 

chimeric  VLPs—including  their  ability  to  maintain  neutralizing  antibody  titers 

219 

against  HPV11  and  6,  as  well  as  to  induce  neutralizing  antibodies  against 

220 

HPV53—we conducted a series of immunizations in 6-week-old SPF BALB/c 

221 

female  mice.  The  mice  were  randomly  divided  into  groups  (n  =  5)  and 

222 

immunized via intraperitoneal injection using aluminum adjuvant at doses of 5.0 

223 

μg, 1.0 μg, and 0.2 μg per mouse. The immunization schedule included time 

224 

points at 0, 2, and 4 weeks, with blood samples collected from the orbital vein 

225 

at  2,  3,  5,  and  6  weeks.  Neutralizing  antibody  titers  were  assessed  using  a 

226 

PBNA.  

227 

As illustrated in Figure 3A, regardless of whether the HPV11/6/53 wild-type (WT) 

228 

or  chimeric  molecules  (excluding  chimeric  VLPs  that  completely  lost 

229 

immunogenicity) were administered, both induced neutralizing antibody titers 

230 

that increased with the number of immunizations. After a single immunization, 

231 

the chimeric molecules predominantly induced limited neutralizing titers against 

232 

HPV11,  surpassing  those  generated  by  the  WT  HPV11.  Remarkably,  most 

233 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

11 

 

experimental  groups  showed  a  substantial  elevation  in  neutralizing  antibody 

234 

titers following the third immunization,  exhibiting an immunization frequency-

235 

dependent effect. 

236 

Detailed  characterization  of  sera  collected  two  weeks  post  the  third 

237 

immunization  was  conducted.  This  included  evaluations  of  type-specific 

238 

antibody  levels,  cross-type  neutralizing  antibody  levels,  and  the  dose-

239 

dependency of neutralizing antibody titers (Figure 3B). Consistent with previous 

240 

findings

30

,  HPV11  and  HPV6  demonstrated  cross-neutralization  due  to  their 

241 

close phylogenetic relationship, while no cross-neutralization was observed for 

242 

the  more  distantly  related  HPV53.  Upon  replacing  a  single  loop  region  with 

243 

HPV53, the H11-6HI chimeric VLP failed to induce HPV53-specific neutralizing 

244 

antibodies.  However,  the  introduction  of  a  second  loop  region  corresponded 

245 

with varying degrees of enhancement in HPV53-specific neutralizing antibody 

246 

levels.  The  chimeric  constructs  H11-6HI-53BC-EF  and  H11-6HI-53DE-FG 

247 

exhibited  the  highest  overall  immunogenicity,  significantly  outperforming  the 

248 

control  H11-6HI. At  the  5 μg  dose,  H11-6HI-53BC-EF  induced  the  strongest 

249 

neutralizing  antibody  responses  against  all  three  HPV  types.  However,  its 

250 

cross-type neutralization potency declined with lower antigen doses and was 

251 

ultimately  surpassed  by  H11-6HI-53DE-FG.  Notably,  H11-6HI-53DE-FG 

252 

maintained neutralizing titers of 10^2 even at the 0.2 μg dose. It is also worth 

253 

noting that replacing additional loop regions with those from HPV53 reduced 

254 

neutralization activity against HPV11. 

255 

To further evaluate the immunogenic performance of  the chimeric molecules 

256 

H11-6HI-53BC-EF and H11-6HI-53DE-FG, we assessed both type-specific and 

257 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

12 

 

cross-type  binding  antibody  titers.  The  results,  presented  in  Figure  4, 

258 

demonstrate  that  these  chimeric  constructs  exhibited  superior  capacity  to 

259 

induce binding antibodies.  Across all groups, the levels of binding antibodies 

260 

were markedly higher than those of neutralizing antibodies.  Notably, the cross-

261 

binding titers between WT HPV11 and HPV6 exceeded 10^4, even at the lowest 

262 

dose  of  0.2  μg,  while  virtually  no  cross-binding  was  observed  with  the  more 

263 

distantly  related  HPV53.  The  H11-6HI  chimeric  molecule  elicited  balanced 

264 

binding  titers  for  HPV11  and  HPV6,  comparable  to  those  induced  by  their 

265 

respective  WT  VLPs,  and  displayed  minimal  cross-binding  to  HPV53.  In 

266 

contrast, the H11-6HI-53 chimeric VLP significantly enhanced binding antibody 

267 

titers against HPV53 compared to WT HPV11, likely due to the incorporation of 

268 

HPV53-specific epitopes. For the H11-6HI-53DE-FG construct in particular, the 

269 

binding  antibody  titers  against  HPV53  were  significantly  higher  than  those 

270 

induced by WT HPV11 at all tested doses (

p

 < 0.0001 at 5.0 μg; 

p

 < 0.001 at 

271 

1.0 μg; 

p

 < 0.01 at 0.2 μg). Consistent with the trend observed in neutralizing 

272 

antibody  titers,  H11-6HI-53BC-EF  outperformed  H11-6HI-53DE-FG  at  higher 

273 

doses. However, at lower doses, it elicited lower levels of binding antibodies 

274 

than  H11-6HI-53DE-FG.  Overall,  the  trends  in  binding  antibody  titers  closely 

275 

mirrored those observed for neutralizing antibody levels. These results highlight 

276 

the  potential  of  incorporating  multiple  key  neutralizing  epitopes  to  overcome 

277 

phylogenetic barriers, thereby enabling cross-neutralization between distantly 

278 

related HPV types such as HPV11 and HPV53. 

279 

Evaluation of ED

50

 in vaccine candidates 

280 

The half-maximal effective dose (ED

50

) is a critical metric in vaccine evaluation, 

281 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

13 

 

quantifying the dose required to achieve 50% of the desired response (typically 

282 

seroconversion).  Lower  ED

50

  values  indicate  higher  vaccine  potency  and 

283 

efficacy.  In this study, the ED

50

 evaluation confirmed the ability of the H11-6HI-

284 

53DE-FG VLP to maintain cross-neutralizing activity across HPV11, HPV6, and 

285 

HPV53 at comparable doses (Table 1). For the WT HPV11, HPV6, and HPV53 

286 

VLPs, the ED

50

 values were 0.054 μg, 0.031 μg, and 0.023 μg, respectively, 

287 

indicating strong type-specific seroconversion.  However, these WT VLPs failed 

288 

to  induce  half-maximal  seroconversion  against  other  HPV  types  within  the 

289 

measured dose range, highlighting their limited cross-neutralizing potential. In 

290 

contrast,  the  chimeric  H11-6HI-53DE-FG  VLP  exhibited  balanced  cross-

291 

neutralizing capabilities across the three HPV types, with ED

50

 values of 0.528 

292 

μg,  0.544  μg,  and  0.374  μg  for  HPV11,  HPV6,  and  HPV53,  respectively.  

293 

Remarkably, the chimeric VLP achieved half-maximal seroconversion against 

294 

all three components, demonstrating its capacity to bridge phylogenetic gaps. 

295 

These  findings  underscore  the  potential  of  H11-6HI-53DE-FG  as  a  vaccine 

296 

candidate,  capable  of  inducing  cross-neutralizing  responses  against 

297 

phylogenetically  distant  HPV  types.  Although  H11-6HI-53BC-EF  elicited 

298 

stronger  neutralizing  and  binding  antibody  titers  against  all  three  component 

299 

types  at  higher  doses,  it  achieved  only  50%  seroconversion  against  HPV11 

300 

under  the low-dose gradient used in the ED

50

  assay and failed to  reach this 

301 

threshold for HPV6 and HPV53. This limited performance at lower doses further 

302 

supports the superior cross-type immunogenicity of the DE and FG loop-based 

303 

construct,  in  line  with  previous  studies  identifying  the  DE  and  FG  loops  as 

304 

dominant immunogenic regions of HPV53

39

305 

Thermal  Stability  and  Structural  Integrity  of  the  Chimeric  Vaccine 

306 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

14 

 

Candidate H11-6HI-53DE-FG 

307 

Thermal stability is a critical attribute for vaccines, significantly influencing their 

308 

shelf  life,  distribution  logistics,  accessibility,  cost-effectiveness,  and  overall 

309 

public  health  impact.  Utilizing  a  MicroCal  VP-Capillary  DSC  system,  we 

310 

determined  the  melting  temperatures  (Tm  values)  of  WT  HPV11,  HPV6,  the 

311 

scaffold  molecules  H11-6HI  and  the  chimeric  H11-6HI-53.  As  illustrated  in 

312 

Figure 5, the Tm values were 77.87

°

C for HPV11 and 79.31

°

C for HPV6. The 

313 

double-type  chimeric  VLP  H11-6HI  exhibited  a Tm  of  76.89

°

C,  slightly  lower 

314 

than those of WT HPV11 and HPV6. However, upon incorporation of HPV53 

315 

epitopes, the chimeric VLP H11-6HI-53BC-EF showed a pronounced decrease 

316 

in thermal stability, characterized by a bimodal melting profile. This profile likely 

317 

reflects the presence of two distinct VLP populations with different assembly 

318 

stabilities:  poorly  assembled  particles  with  a  lower  Tm  of  55.18

°

C  and  well-

319 

assembled  particles  with  a  higher  Tm.  Such  heterogeneity  is  commonly 

320 

observed in VLPs assembled from pentamers derived from different HPV types.  

321 

In  contrast,  the  chimeric  VLP  H11-6HI-53DE-FG  demonstrated  enhanced 

322 

thermal stability, with a Tm of 81.32

°

C

exceeding all other tested constructs

323 

indicating superior particle thermal stability. 

324 

Further  evaluation  via  cryo-electron  microscopy  (Cryo-EM)  provided  insights 

325 

into  the  structural  integrity  of  the  H11-6HI-53DE-FG  VLP  (EMD-63835), 

326 

attaining a resolution of 19.48 Å as assessed by the Fourier Shell Correlation 

327 

(FSC) criterion at 0.143 (Figure 5B). Remarkably, H11-6HI-53DE-FG displayed 

328 

structural characteristics comparable to those of H11-6HI VLPs, as detailed in 

329 

a previous study

30

, underscoring its potential applicability as a viable vaccine 

330 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

15 

 

candidate. Therefore, H11-6HI-53DE-FG emerges as a promising chimeric VLP 

331 

for further investigations focusing on cross-immunity.

 

332 

Discussion 

333 

Over  the  past  few  decades,  the  rational  design  of  HPV  vaccines  has  made 

334 

substantial progress, with current strategies focusing on broadening antigenic 

335 

coverage,  enhancing  immune  responses,  and  addressing  the  limitations  of 

336 

type-specific immunity.  Although prophylactic HPV vaccines have significantly 

337 

reduced the global burden of HPV-related diseases, the continued circulation 

338 

of non-vaccine HPV types and the phylogenetic divergence between 

possibly 

339 

carcinogenic types

 and LR-types underscore the need for innovative vaccine 

340 

designs. 

341 

Current  mainstream  approaches  to  broaden  vaccine  protection  include 

342 

increasing the number of VLP types in multivalent formulations and exploring 

343 

L2-based vaccines. The former strategy has yielded successive advances, from 

344 

bivalent  to  quadrivalent  and  currently  nonavalent  HPV  vaccines,  with  even 

345 

more  extensive  formulations  (e.g.,  11-valent  [CTR20201029]  and  15-valent 

346 

[CTR20241041])  undergoing  clinical  evaluation.  While  these  multivalent 

347 

formulations effectively expand type coverage, they inevitably increase the total 

348 

protein  dose  (e.g.,  the  nonavalent  vaccine  contains  270 μg  per  dose)  and 

349 

require  the  establishment  of  additional,  type-specific  production  lines  to 

350 

manufacture  each  distinct  VLP  component.  Moreover,  further  increases  in 

351 

antigenic  components  may  exacerbate  immune  interference,  necessitating 

352 

dose  adjustments  that  could  raise  the  risk  of  adverse  events  and  elevate 

353 

production  costs

40

.  L2-based  vaccines,  targeting  the  more  conserved  minor 

354 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

16 

 

capsid protein, have long been considered a promising alternative. In principle, 

355 

they  could  provide  broader  protection  across  genotypes  and  be  more  cost-

356 

effective. However, L2 vaccines face major development hurdles: the full-length 

357 

L2 protein is difficult to express and purify, structural data remain limited, and 

358 

immunogenicity of key epitopes (such as the RG1 epitope) is relatively weak. 

359 

Consequently, many L2 strategies rely on multimeric epitope display platforms 

360 

such  as  nanoparticles  or  tandem  repeats

41

.  Thus,  despite  their  theoretical 

361 

advantages, L2-based vaccines are still in early-stage development and have 

362 

not reached the manufacturing maturity required for widespread deployment. 

363 

In contrast, our L1 epitope transplantation strategy represents a pragmatic and 

364 

scalable design framework. By targeting immunodominant surface loops from 

365 

epidemiologically relevant genotypes and integrating them into established L1 

366 

scaffolds, we created chimeric VLPs capable of cross-neutralizing multiple HPV 

367 

types.  In  this  study,  the  H11-6HI-53DE-FG  construct  achieved  cross-

368 

neutralization against HPV11, HPV6, and HPV53 using a single immunogen.  

369 

The  required  protein  dose  was  only  ~1/3  of  the  wild-type  VLP  mixtures 

370 

necessary for the same type coverage. Our approach has been successfully 

371 

extended  to  multiple  clusters  of  genotypes  (e.g.,  HPV16/35/31,  18/45/59, 

372 

58/33/52,  and  others),  supporting  the  feasibility  of  designing  7

8  chimeric 

373 

constructs to collectively cover 20-21 clinically significant HPV types

28

374 

From a production standpoint, all our chimeric VLPs are expressed in 

E. coli

375 

consistent with the manufacturing platforms used for licensed vaccines such as 

376 

Cecolin and Cecolin-9. The production of 7

8 chimeric VLPs would require a 

377 

limited number of upstream production lines, and constructs based on existing 

378 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

17 

 

vaccine  components  (e.g.,  HPV6,  HPV11,  HPV16)  could  leverage  current 

379 

infrastructure  with  minimal  adjustments.  This  contrasts  with  multivalent 

380 

strategies  that  require  independent  expression  and  purification  of  each  VLP 

381 

component.  Therefore,  although  the  de  novo  formulation  of  chimeric  VLPs 

382 

entails  initial  development  work,  it  does  not  introduce  greater  long-term 

383 

manufacturing  complexity  compared  to  scaling  up  multivalent  formulations. 

384 

Taken together, our approach offers a rational, potentially more dose-sparing, 

385 

and  production-efficient  pathway  to  develop  broad-spectrum  HPV  vaccines.  

386 

Unlike conventional multivalent vaccines that scale type coverage linearly with 

387 

component  number,  our  strategy  enables  nonlinear  expansion  of  protection 

388 

through  multi-epitope  transplantation  while  maintaining  manageable 

389 

manufacturing demands. 

390 

In prior studies, single-loop transplantation strategies showed limited success 

391 

in inducing cross-neutralization between phylogenetically distant HPV types

28

392 

Similarly,  in  this  study,  chimeric  constructs  incorporating  single  loops  from 

393 

HPV53 (H11-6HI-53BC/DE/EF/FG) failed to elicit cross-neutralization between 

394 

possibly carcinogenic

-HPV and LR-HPV types. However, when two loops from 

395 

HPV53 were transplanted, cross-neutralization improved significantly. The H11-

396 

6HI-53DE-FG chimeric construct achieved a notable breakthrough by inducing 

397 

balanced  cross-neutralization  across  HPV11,  HPV6,  and  HPV53. This  multi-

398 

epitope transplantation approach not only retained part of the immunogenicity 

399 

of  the  H11-6HI  scaffold  but  also,  demonstrated  effective  cross-neutralization 

400 

between 

possibly carcinogenic

 and LR HPV types. These findings validate the 

401 

feasibility of designing chimeric VLPs to bridge phylogenetic gaps and provide 

402 

theoretical  and  practical  pathways  for  developing  broad-spectrum  HPV 

403 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

18 

 

vaccines. 

404 

However, inducing cross-neutralization between phylogenetically distant HPV 

405 

types remains a significant challenge. Although the H11-6HI-53DE-FG chimeric 

406 

VLP elicited neutralizing antibody titers against HPV53 in the range of 2

3 log 

407 

units,  the  overall  potency  remained  moderate,  suggesting  that  the 

408 

immunogenicity  of  the  transplanted  epitopes  is  still  limited.  Moreover,  when 

409 

multiple  key  loop  regions

especially  the  two  major  neutralizing  loops  of 

410 

HPV11

were replaced within the H11-6HI scaffold, we observed a noticeable 

411 

reduction  in  neutralization  titers  against  both  HPV11  and  HPV6,  with 

412 

performance inferior to that of the WT HPV11/6 VLPs. Notably, H11-6HI-53DE-

413 

FG exhibited a greater reduction in HPV11 and HPV6 neutralization titers at the 

414 

5 µg dose compared to other dual-loop chimeras. Nonetheless, this construct 

415 

showed a more balanced neutralizing response across all three target types at 

416 

low antigen doses, comparable to or even exceeding that of single- or dual-loop 

417 

replacements, suggesting that while multi-epitope transplantation can broaden 

418 

type  coverage,  it  may  also  compromise  the  immunogenicity  of  the  original 

419 

scaffold type. 

420 

Further insights were revealed when we constructed a chimeric VLP containing 

421 

only the DE loop of HPV53 on the H11-6HI scaffold. This construct completely 

422 

lost neutralizing activity against all three target types, indicating that the DE loop 

423 

is  likely  a  critical  neutralization  epitope  for  HPV11.  The  partial  recovery  of 

424 

neutralization  observed  in  the  dual-loop  chimeras  may  stem  from  structural 

425 

remodeling of the functional epitopes on the VLP surface induced by multiple 

426 

epitope  substitutions.  This  hypothesis,  however,  requires  validation  through 

427 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

19 

 

high-resolution  structural  analysis  to  determine  the  precise  conformational 

428 

changes caused by heterologous epitope grafting. Future vaccine optimization 

429 

should  focus  on  the  accurate  identification  of  neutralizing  epitopes  for  each 

430 

HPV  type  and  ensuring  their  faithful  conformational  presentation  on 

431 

heterologous scaffolds to maximize immunogenic efficacy. 

432 

Interestingly, despite limited neutralizing activity, some chimeric VLPs induced 

433 

markedly high binding antibody titers. For example, H11-6HI-53BC-EF elicited 

434 

binding  titers  against  HPV53  exceeding  10^6,  while  the  corresponding 

435 

neutralization titers remained around 10^3 at the 5 µg dose. Similar trend was 

436 

observed in wild-type VLPs derived from closely related HPV genotypes, such 

437 

as  HPV11  and  HPV6—both  of  which  are  covered  by  licensed  vaccines  like 

438 

Cecolin-9 produced using a 

E. coli

 expression system. These VLPs exhibited 

439 

strong  cross-binding  reactive  without  compromising  their  potent  neutralizing 

440 

capacity  as  vaccine  immunogens.  Thus,  the  observed  dissociation  between 

441 

binding and neutralization titers suggests that fine-tuning this balance may not 

442 

be  the  primary  challenge  in  chimeric  VLP  design.  Instead,  the  key  lies  in 

443 

accurately identifying the most immunodominant neutralizing epitopes of each 

444 

genotype  and  transplanting  them  onto  a  structurally  compatible  scaffold  that 

445 

preserves their native antigenic conformation. 

446 

Therefore, in the practical development of third-generation HPV vaccines based 

447 

on chimeric VLPs (e.g., eight constructs covering 21 HPV types), we prioritize 

448 

homologous  epitope  transplantation  between  phylogenetically  related 

449 

genotypes  to  maximize  cross-type  immunogenicity.  However,  when  this 

450 

approach fails to preserve or transfer immunogenicity effectively, our findings 

451 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

20 

 

demonstrate  that  multi-epitope  transplantation  across  more  distantly  related 

452 

types  provides  a  viable  alternative,  offering  a  complementary  strategy  to 

453 

broaden vaccine coverage. 

454 

For  vaccine  efficacy  evaluation,  we  employed  a  PBNA  instead  of  an  in  vivo 

455 

mouse vaginal challenge model. While the mouse vaginal model is a sensitive 

456 

approach  for  assessing  protective  antibody  responses,  it  lacks  scalability  for 

457 

high-throughput antibody detection

42,43

. PBNA, a WHO-recommended assay, 

458 

offers robust, scalable, and reliable evaluation of L1-based HPV vaccines

44,45

459 

This  assay  has  played  a  critical  role  in  the  development  and  evaluation  of 

460 

licensed HPV vaccines produced using 

E. coli

 expression systems, including 

461 

Cecolin and Cecolin-9. Head-to-head immunogenicity comparison of one dose 

462 

Cecolin and Gardasil in Chinese girls aged 9

14 years have demonstrated that 

463 

HPV vaccines derived from 

E. coli

 systems exhibit immunogenicity comparable 

464 

to  those  produced  via  eukaryotic  expression  platforms

46

.  Given  the  well-

465 

established  correlation  between  PBNA-derived  antibody  titers  and  in  vivo 

466 

vaccine efficacy, we believe that the immunogenicity results demonstrated by 

467 

PBNA  in  this  study  are  representative  of  protective  efficacy  across  different 

468 

animal models and are closely aligned with actual in vivo protection. Given the 

469 

well-established correlation between PBNA-derived antibody titers and in vivo 

470 

vaccine  efficacy,  we  are  confident  that  the  vaccine  efficacy  demonstrated 

471 

through PBNA in this study is comparable across different animal models and 

472 

strongly correlates with actual in vivo protection. 

473 

In  summary,  this  study  demonstrates  the  potential  of  multi-epitope 

474 

transplantation to overcome the phylogenetic barriers between HR and LR HPV 

475 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

21 

 

types. By strategically introducing two immunodominant epitopes from HPV53 

476 

into the H11-6HI scaffold, we successfully designed a chimeric VLP, H11-6HI-

477 

53DE-FG,  capable  of  inducing  balanced  cross-neutralization  across  HPV11, 

478 

HPV6, and HPV53. These findings highlight the feasibility of leveraging epitope 

479 

transplantation to design broad-spectrum HPV vaccines, offering an alternative 

480 

pathway for addressing gaps in  current vaccine strategies.  While challenges 

481 

remain  in  optimizing  immunogenicity  and  maintaining  scaffold  stability,  this 

482 

approach  provides  a  promising  framework  for  the  rational  design  of  next-

483 

generation HPV vaccines. Future efforts should focus on further refining epitope 

484 

selection,  scaffold  engineering,  and  evaluating  these  constructs  in  clinically 

485 

relevant models to advance their development as effective and inclusive HPV 

486 

vaccines. 

487 

Limitations of the study 

488 

This study identified promising multivalent vaccine antigens capable of cross-

489 

neutralizing HPV11, HPV6, and HPV53. To ensure clinical translatability, these 

490 

chimeric VLP constructs require detailed evaluation of their immunogenicity and 

491 

protective efficacy in preclinical models like rabbits and cynomolgus macaques, 

492 

which  better  mimic  human  immune  responses. Assessing  these  candidates 

493 

across  diverse  models  will  provide  critical  insights  into  their  broad-spectrum 

494 

protective potential and capacity to prevent HPV-related diseases. Additionally, 

495 

advancing these vaccine formulations toward human application necessitates 

496 

thorough  examination  of  their  safety,  production  scalability,  and  long-term 

497 

stability  under  various  storage  conditions.  Addressing  these  gaps  through 

498 

rigorous  preclinical  and  translational  research  will  enhance  the  feasibility  of 

499 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

22 

 

implementing  this  vaccine  design,  offering  a  pathway  for  developing  more 

500 

inclusive and effective strategies for HPV prevention. 

501 

Resource availability 

502 

Lead contact 

503 

Further  information  and  requests  for  resources  and  reagents  should  be 

504 

addressed  to  and  will  be  fulfilled  by  the  Lead  Contact  Shaowei  Li 

505 

(shaowei@xmu.edu.cn). 

506 

Materials availability 

507 

This study did not generate unique reagents. 

508 

Data and code availability 

509 

All data supporting the findings of this study are included in the main article and 

510 

supplementary materials.  

511 

The cryo-EM density map generated during the study has been deposited in 

512 

the  Electron  Microscopy  Data  Bank  (EMDB)  under  accession  number  EMD-

513 

63835, which is also listed in the Key Resources Table.  

514 

No  original  or  custom  code  was  generated  or  used  in  this  study,  and  no 

515 

additional datasets or resources were deposited in external repositories. 

516 

Any additional information required to reanalyze the data reported in this paper 

517 

is available from the lead contact upon request. 

518 

 

519 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

23 

 

Author contributions 

520 

S.L., N.X. and Y.G. designed the study. C.Q., Y.X., Y.H., J.C., Y.J., J.S., F.G., 

521 

T.R., Y.L., S.Z., C.Z., D.W., L.Z., T.L. and Z.K. performed the experiments. C.Q., 

522 

Q.Z., H.Y. and S.L. analyzed the data. C.Q. wrote the original draft. C.Q. and 

523 

S.L.  participated  in  discussion  and  interpretation  of  the  results.  Funding 

524 

acquisition:  S.L.,  N.X., Y.G.  and  L.Z.. All  authors  contributed  to  experimental 

525 

design. 

526 

Acknowledgements 

527 

This  work  was  supported  by  the  National  Key  Research  and  Development 

528 

Program of China (Grant No. 2024YFC2310601), the National Natural Science 

529 

Foundation of China (Nos. 82271873, 82471864, and 82302062), the Xiamen 

530 

Industry-University-Research Collaboration Program (No. 2024CXY0113), the 

531 

Xiang'an Innovation Laboratory Technology Program (No. 2023XAKJ0101019), 

532 

and  the  Fundamental  Research  Funds  for  the  Central  Universities  (Nos. 

533 

20720220004 and 20720220006). The funders had no role in the study design, 

534 

data  collection  and  analysis,  decision  to  publish,  or  preparation  of  the 

535 

manuscript.

 

We sincerely thank the drawing support provided by the Biorender 

536 

platform (https://app.biorender.com/). 

537 

Declaration of interests 

538 

The authors declare no competing interests. 

539 

 

540 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

24 

 

Figure titles and legends  

541 

Figure 1. Expression, purification, protein purity analysis and in vitro VLP 

542 

self-assembly of H11-6HI and HPV53 chimeric L1 proteins  

543 

(A) Schematic overview illustrating the key steps in the manufacturing process 

544 

to produce high quantities of HPV WT and chimeric VLPs using Escherichia coli 

545 

cells.  

546 

(B) SDS-PAGE analysis of purified HPV11-6HI-53 chimeric L1 protein obtained 

547 

from SP sepharose chromatography.  

548 

(C) SDS-PAGE analysis of purified HPV11-6HI-53 chimeric VLPs obtained from 

549 

Superdex 200 sepharose chromatography.  

550 

(D)  Western  blot  analysis  of  purified  chimeric  VLP  proteins  separated  via 

551 

reducing  SDS-PAGE,  detected  using  a  broad-spectrum  linear  monoclonal 

552 

antibody (mAb) 4B3.  

553 

Figure 2: Morphological, size, and homogeneity characterization of H11-

554 

6HI-53 chimeric VLPs 

555 

(A)  Characterization  of  H11-6HI  and  HPV53  chimeric  VLPs  with  a  single 

556 

homologous loop replacement: TEM images depict the particle morphology with 

557 

a  100  nm  scale  bar  (top).  HPSEC  elution  profiles  illustrate  particle  size  and 

558 

purity (middle). DLS provides the particle size distribution data (bottom). 

559 

(B)  Characterization  of  H11-6HI  and  HPV53  chimeric  VLPs  with  two 

560 

homologous loop replacements: TEM images show the morphology of particles 

561 

with a 100 nm scale bar (top). HPSEC elution profiles reveal particle size and 

562 

purity (middle). DLS particle size distribution analysis is presented (bottom). 

563 

Figure  3:  Induction  of  Type-Specific  and  cross-type  neutralizing 

564 

antibodies by H11-6HI-53 chimeric VLP vaccination 

565 

BALB/c mice (n = 5) were intraperitoneally inoculated with5.0 μg, 1.0 μg, or 0.2 

566 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

25 

 

μg doses of WT or chimeric HPV11, HPV6, and HPV53 VLPs at weeks 0, 2, 

567 

and 4. The elicitation of neutralizing antibodies was quantitatively assessed six 

568 

weeks following the initial immunization, employing neutralization assays where 

569 

the  assay's  sensitivity  threshold  is  delineated  by  a  dotted  line. All  data  were 

570 

subjected  to  one-way  analysis  of  variance  (ANOVA)  and  are  presented  as 

571 

mean ± standard deviation (SD); *

p

 < 0.05, **

p

 < 0.01, ***

p

 < 0.001, ****

p

 < 

572 

0.0001. The error bars represent the SD, and symbols denote individual mice. 

573 

(A) Dose-dependent immunogenicity of the H11-6HI-53 chimeric VLPs. 

574 

(B) Type-specific and cross-neutralizing antibody titers induced by H11-6HI-53 

575 

chimeric VLPs two weeks after three immunizations. 

576 

Figure  4.  Induction  of  Type-Specific  and  cross-type  IgG  titers  by 

577 

HPV11/6/53 chimeric candidate vaccine. 

578 

BALB/c mice (n = 5) were intraperitoneally inoculated with 5.0 μg, 1.0 μg, or 0.2 

579 

μg doses of WT or chimeric HPV11, HPV6, and HPV53 VLPs at weeks 0, 2, 

580 

and 4. Serum binding titers of type-specific and cross-type antibodies against 

581 

HPV11,  HPV6,  and  HPV53  were  detected  by  indirect  ELISA. The  sensitivity 

582 

threshold of the assay is indicated by a dotted line. All data were subjected to 

583 

two-way analysis of variance (ANOVA) and are presented as mean ± standard 

584 

deviation (SD); *

p

 < 0.05, **

p

 < 0.01, ***

p

 < 0.001, ****

p

 < 0.0001. The error 

585 

bars represent the SD, and symbols denote individual mice. 

586 

Figure 5. Thermal Stability and Cryo-EM Characterization of HPV11-6HI-

587 

53 Chimeric Candidate Vaccine. 

588 

(A) Thermal stability comparison of WT, double-type chimeric VLP, and triple-

589 

type chimeric VLP of HPV11, HPV6, and HPV53. 

590 

(B)  Cryo-EM  structural  visualization  of  H11-6HI-53DE-FG  chimeric  VLPs, 

591 

illustrated with radial color grading from 260 Å to 290 Å, detailing the complex 

592 

conformational nuances. Resolution validation of the icosahedral architecture 

593 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

26 

 

of  H11-6HI-53DE-FG  chimeric  VLPs  was  performed  using  gold-standard 

594 

Fourier Shell Correlation (FSC) curves, achieving a resolution of 19.48 Å, with 

595 

an FSC cut-off at 0.143.

596 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

27 

 

Table: 

597 

Table 1. Half effective dosage (ED

50

) of HPV11/6/53 chimeric VLPs with 

598 

aluminum adjuvant in mice 

599 

Antigen 

(VLP) 

Dose 

(μg) 

PsV11 

 

PsV6 

 

PsV53 

 

 

 

Seroconversio

n no./ 

inoculated no. 

ED

50

 

(μg) 

Seroconversio

n no./ 

inoculated no. 

ED

50

 

(μg) 

Seroconversio

n no./ 

inoculated no. 

ED

50

 

(μg) 

HPV11 

0.300   8/8 

0.054 

1/8 

>0.300 

0/8 

>0.300 

 

0.100   5/8 

 

3/8 

 

0/8 

 

 

0.033   1/8 

 

1/8 

 

0/8 

 

 

0.011   1/8 

 

0/8 

 

0/8 

 

HPV6 

0.300   0/8 

>0.300 

8/8 

0.031 

0/8 

>0.300 

 

0.100   0/8 

 

3/8 

 

0/8 

 

 

0.033   0/8 

 

7/8 

 

0/8 

 

 

0.011   0/8 

 

0/8 

 

0/8 

 

HPV53 

0.300   0/8 

>0.300 

0/8 

>0.300 

7/8 

0.023 

 

0.100   0/8 

 

0/8 

 

8/8 

 

 

0.033   0/8 

 

0/8 

 

6/8 

 

 

0.011   0/8 

 

0/8 

 

0/8 

 

HPV11&6&53 

0.300   8/8 

0.144 

8/8 

0.144 

8/8 

0.019 

 

0.100   2/8 

 

2/8 

 

8/8 

 

 

0.033   0/8 

 

0/8 

 

8/8 

 

 

0.011   0/8 

 

0/8 

 

0/8 

 

H11-6HI-53BC-EF  0.900   7/8 

0.142 

1/8 

>0.900 

0/8 

>0.900 

 

0.300   1/8 

 

0/8 

 

0/8 

 

 

0.100   4/8 

 

2/8 

 

1/8 

 

 

0.033   0/8 

 

0/8 

 

0/8 

 

 

0.011 

0/8 

 

0/8 

 

0/8 

 

H11-6HI-53DE-FG  0.900   6/8 

0.528 

5/8 

0.544 

5/8 

0.374 

 

0.300   1/8 

 

1/8 

 

3/8 

 

 

0.100   1/8 

 

2/8 

 

0/8 

 

 

0.033   0/8 

 

0/8 

 

0/8 

 

 

0.011 

0/8 

 

0/8 

 

3/8 

 

 

600 

 

601 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

28 

 

STAR

Methods 

602 

Key resources table 

603 

REAGENT or RESOURCE 

SOURCE 

IDENTIFIER 

Antibodies 
4B3 

Li et al.

28

 

N/A 

Goat anti-mouse IgG-HRP 

This paper 

N/A 

Bacterial and virus strains  

E.coli

 ER Chemically Competent Cell 

This paper 

N/A 

DH5α Chemically Competent Cell 

Invitrogen 

Cat # 12034013 

Biological samples 

 

 

Serum samples from BALB/c mice 

This paper 

N/A 

Chemicals, peptides, and recombinant proteins 
All HPV L1 

This paper 

N/A 

Critical commercial assays 
Plasmid Small Extraction Kit 

Tiangen 

Cat# DP103 

EndoFree Maxi Plasmid Kit 

TianGen 

Cat# DP117 

Trypsin 

Thermo Fisher 

Lot # TG269188 

DMEM 

Thermo Fisher 

Cat #11965092 

1x PBS, pH 7.4 

Thermo Fisher 

Cat # 10010031 

Fetal bovine serum (FBS) 

Thermo Fisher 

Cat # 10099 

Polyethylenimine Linear (PEI) MW40000

rapid lysis

 

Yeasen 

Cat # 40816ES03 

SurePAGEᵀᴹ, Bis-Tris, 10x8, 4-12%, 10 wells   

GenScript 

Cat# M00652 

 

 

 

Deposited data 
H11-6HI-53DE-FG VLP 

This paper 

EMD-63835 

Experimental models: Cell lines 
HEK293FT 

ATCC 

RRID: CVCL_6911 

Experimental models: Organisms/strains 
BALB/c mice 

Slac  Laboratiry Animal 
Co.,shanghai, China 

N/A 

Oligonucleotides 
 

 

 

Recombinant DNA 
HPV11/6/53 chimeric L1 

This paper 

N/A 

Software and algorithms 
PyMOL 

PyMOL 

https://pymol.org/ 

GraphPad Prism (version 8.0.1) 

Graphpad 

https://www.graphpa
d.com/ 

ChimeraX software 

Goddard, T. D. et al.

47

 

https://www.cgl.ucsf.
edu/chimerax/ 

EPU 

Thermo 

Fisher 

Scientific 

N/A 

SPSS Statistics software  

IBM 

https://www.ibm.com
/products/spss-
statistics 

Clustal Omega software 

EMBL-EBI 

https://www.ebi.ac.u
k/Tools/msa/clustalo/ 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

29 

 

MicroCal Origin 8.0 software 

OriginLab Corporation 

https://www.originlab
.com/ 

cisTEM software 

Grant Lab 

https://cistem.org/ 

Other 
 

 

 

Experimental model and study participant details 

604 

Mice 

605 

All  experiments  were  conducted  using  age-matched  (6-8  weeks)  female 

606 

BALB/c mice, purchased from SLAC Laboratory Animal Co., Shanghai, China, 

607 

and maintained under specific-pathogen-free conditions. The sex of the mice 

608 

was female only; no comparison of sex/gender effects was performed, which is 

609 

acknowledged  as  a  limitation  of  this  study. The  experimental  protocols  were 

610 

approved  by  the  Xiamen  University  Laboratory  Animal  Management  Ethics 

611 

Committee  (Protocol  No.  XMULA20220301),  and  all  procedures  were 

612 

performed  in  strict  compliance  with  animal  ethics  guidelines  and  approved 

613 

protocols. 

614 

Cell lines 

615 

HEK293FT cell line was purchased from Thermo Fisher (Cat# R70007), and 

616 

cultured in Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) supplemented with 

617 

10%  Pansera  ES,  Fetal  bovine  serum  (PAN  Biotech,  Cat#  ST30-2620),  1% 

618 

MEM  Non-Essential  Amino  Acids  Solution  (Thermo  Fisher  Scientific,  Cat# 

619 

11140-050)  and  1%  penicillin–streptomycin  (BasalMedia,  Cat#  S110JV)  at 

620 

37 °C  and  5%  CO2. The  HEK293FT  cell  line  has  been  authenticated  by  the 

621 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

30 

 

supplier.  Mycoplasma  contamination  testing  was  not  performed,  which  is  a 

622 

limitation of the study.

 

623 

Method details 

624 

Phylogenetic relationships analysis of the HPV L1 sequences 

625 

L1  DNA  sequences  of  46  HPV  types  were  retrieved  from  the  International 

626 

Human  Papillomavirus  Reference  Center

33

.  Sequence  alignment  was 

627 

performed  using  Clustal  Omega

48

,  and  phylogenetic  relationships  were 

628 

analyzed with the Neighbor-Joining method in MEGA 12

49

. Phylogenetic trees 

629 

were visualized using the Interactive Tree of Life (iTOL) 

50

630 

HPV virus-like particle preparation 

631 

The construction and assembly validation of H11-6HI and HPV53 VLPs were 

632 

carried  out  as  previously  described

30,39

.  In  this  study,  chimeric  L1  genes 

633 

incorporating sequences from both H11-6HI and HPV53 were designed based 

634 

on  those  earlier  constructs,  synthesized  using  Gibson  assembly,  and  cloned 

635 

into the pTO-T7 expression vector for expression in 

E. coli

 strain ER2566. The 

636 

transformed 

E. coli

 cells were cultured in LB liquid medium at  37°C until the 

637 

optical density at 600 nm (OD

600

) reached 0.6–0.7. Protein expression was then 

638 

induced with 5 μM isopropyl-β-d-thiogalactopyranoside (IPTG) at 25°C for 10 

639 

hours. Harvested cells were resuspended in lysis buffer (50 mM Tris-Base [pH 

640 

7.2], 10 mM EDTA, and 0.3 M NaCl) and lysed by sonication. The lysate was 

641 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

31 

 

clarified  by  centrifugation,  and  the  supernatant  was  purified  using  SP  or  XS 

642 

sepharose chromatography (GE Healthcare). To promote VLP self-assembly, 

643 

the purified L1 proteins were dialyzed against a neutral buffer containing 10 mM 

644 

phosphate buffer (pH 6.5) and 0.5 M NaCl without dithiothreitol. The VLPs were 

645 

further purified using Superdex 200 gel filtration chromatography.  

646 

SDS-PAGE and Western Blotting 

647 

SDS-PAGE was performed according to  the  modified method of Laemmli

51

  . 

648 

Samples  were  diluted  to  a  final  protein  concentration  of  0.3-0.5  mg/mL  and 

649 

mixed with an equal volume of Laemmli sample buffer (125 mM Tris-HCl, pH 

650 

6.8,  4%  w/v  SDS,  20%  w/v  glycerol,  200  mM  dithiothreitol,  and  0.002%  w/v 

651 

bromophenol  blue).  The  mixtures  were  heated  at  100°C  for  10  min,  and  10 

652 

microliters of each sample were loaded onto a 10% polyacrylamide separating 

653 

gel under reducing conditions. Following electrophoresis, the gels were stained 

654 

with Coomassie Brilliant Blue and destained with a solution of 33% methanol, 

655 

10% acetic acid, and 57% distilled water until the protein bands became visible. 

656 

Separated  proteins  were  then  transferred  to  nitrocellulose  membranes  using 

657 

Trans-Blot® Turbo™ 5x Transfer Buffer (Bio-Rad) at 80 volts for 1.5 hours (Mini 

658 

Trans-Blot Cell, Bio-Rad). The membranes were blocked with 5% skimmed milk 

659 

for 1 hour at room temperature, then incubated with HPV broad-spectrum linear 

660 

monoclonal  antibody  4B3  at  a  1:1000  dilution  for  1  hour.  Membranes  were 

661 

washed five times with PBS containing 0.1% v/v Tween-20 (PBST) (WANTAI 

662 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

32 

 

BioPharm), followed by incubation with goat anti-mouse alkaline phosphatase-

663 

conjugated antibodies (Abcam; Cambridge, UK) at a 1:5000 dilution for 1 hour. 

664 

The  color  development  was  performed  using  NBT/BCIP  reagent  (Pierce 

665 

Biotechnology; Rockford, IL) for 5 min. 

666 

Negative-stain electron microscopy

 

667 

Purified WT and chimeric VLPs were diluted to 0.2 mg/mL with phosphate buffer 

668 

(pH 6.5, containing 0.5 M NaCl) and adsorbed onto 200-mesh carbon-coated 

669 

copper grids (Quantifoil Micro Tools) at room temperature for 2 min. Following 

670 

adsorption, the grids were stained with 2% phosphotungstic acid (pH 6.4) for 1 

671 

min.  Specimens  were  examined  and  imaged  using  an  FEI  Tecnai  T12 

672 

transmission  electron  microscope  (TEM)  operating  at  120  kV  and  a 

673 

magnification of 15,000×. 

674 

High-performance size exclusion chromatography (HPSEC) 

675 

The homogeneity analysis of WT and chimeric VLPs was conducted using a 

676 

high-performance  size  exclusion  chromatography  (HPSEC)  system  (Waters 

677 

Corporation) equipped with a TSK G5000 PWXL column (7.5 mm × 300 mm; 

678 

TOSOH,  Tokyo,  Japan).  The  mobile  phase  consisted  of  a  phosphate  buffer 

679 

containing 0.5 M NaCl at pH 6.5, with a flow rate maintained at 0.5 mL/min. 

680 

Detection was performed at a wavelength of 280 nm. 

681 

Dynamic light scattering (DLS) 

682 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

33 

 

For DLS experiments, VLPs samples with a final concentration of 0.5 mg/mL 

683 

were centrifuged at 13,000 rpm for 10 min to remove large particulate matter. 

684 

The clarified samples were then carefully transferred into clean, plastic cuvettes 

685 

with  a  10-mm  path  length,  ensuring  overfilling  of  the  50-μL  sample  cells. 

686 

Measurements  were  conducted  using  a  NanoBrook  Omni  DLS  system 

687 

(Brookhaven Instruments). Data collection and analysis followed the standard 

688 

procedures provided by the instrument manufacturer. The hydrodynamic radius 

689 

(Rh)  of  the particles was calculated using  the Stokes-Einstein equation. The 

690 

mean  hydrodynamic  particle  size  distribution  of  WT  and  chimeric  VLPs  was 

691 

determined from the average of three separate acquisitions. 

692 

Differential scanning calorimetry (DSC) 

693 

The  thermal  stability  of  the  WT  and  chimeric  VLPs  was  evaluated  using  a 

694 

MicroCal VP-Capillary DSC system (GE Healthcare, MicroCal Products Group, 

695 

Northampton, MA). Samples were diluted to a concentration of 0.5 mg/mL in a 

696 

phosphate buffer (pH 6.5, containing 0.5 M NaCl). DSC was performed across 

697 

a temperature range of 10°C to 90°C at a scanning rate of 100°C per hour. Data, 

698 

including  DSC  curves  and  melting  temperatures  (Tm),  were  analyzed  using 

699 

MicroCal Origin 8.0 software (OriginLab Corp., Northampton, MA).  

700 

Cryo-electron microscopy (Cryo-EM) 

701 

Aliquots of 3 μL of purified H11-6HI-53DE-FG virus-like particles (VLPs) (2.0 

702 

mg/mL) were applied to glow-discharged Quantifoil grids (R1.2/1.3, 200 mesh; 

703 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

34 

 

Quantifoil Micro Tools) using a Vitrobot Mark IV (Thermo Fisher Scientific) at 

704 

100%  humidity  and  4°C.  Cryo-electron  microscopy  (cryo-EM)  images  were 

705 

captured  on  a  FEI  Tecnai  F30  transmission  electron  microscope  (Thermo 

706 

Fisher Scientific) at 300 kV, equipped with a Falcon III direct electron detector. 

707 

The electron acceleration voltage was set to 300 kV with 93,000× magnification, 

708 

resulting  in  a  pixel  size  of  1.120  Å.  Data  were  automatically  collected  with 

709 

Thermo Fisher EPU software. Icosahedral 3D reconstructions were performed 

710 

using AUTO3DEM

52

  or  cisTEM

53

  software.  Resolution  of  final  3D  maps  was 

711 

determined  by  the  gold-standard  Fourier  shell  correlation  (FSC)  curve  at  a 

712 

cutoff of 0.143

54

. Visualizations were generated using ChimeraX software

47

713 

E

nzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) 

714 

Purified  WT  or  chimeric  VLPs  were  coated  onto  96-well  microplates  at  a 

715 

concentration of  300 ng per well  and incubated for 2 h at  37°C. Following a 

716 

single wash with PBST buffer (20 mmol/L PBS [pH 7.4], 150 mmol/L NaCl, and 

717 

0.05% Tween-20), the plates were blocked with 200 μL of enzyme dilution buffer 

718 

(PBS  containing  0.25%  casein,  1%  gelatin,  and  0.05%  proclin-300), 

719 

supplemented with 10% sucrose. Subsequently, the wells were incubated with 

720 

100 μL of 3-fold serially diluted vaccinated mouse serum, starting at a dilution 

721 

of 1:2000, for 45 min at 37°C. Wells were then washed five times with PBST 

722 

buffer and incubated with HRP-conjugated anti-mouse IgG for 45 min at 37°C, 

723 

followed by another five washes. Finally, 100 μL of substrate solution (WANTAI 

724 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

35 

 

BioPharm)  was  added  to  each  well  and  incubated  for  15  min  at  37°C.  The 

725 

reaction was then quenched with the addition of 50 μL of 2 mol/L H

2

SO

4

. Optical 

726 

density (OD) values were measured at 450 nm, with a reference wavelength of 

727 

630 nm. Serum binding titers were calculated using GraphPad Prism software 

728 

(GraphPad Software, San Diego, CA). 

729 

HPV pseudovirus preparation 

730 

The  pvitro-L1-L2  co-expression  vectors  and  pcDNA3.1-EGFP  used  in  the 

731 

experiment were kindly provided by Dr. J. T. Schiller. Plasmids carrying codon-

732 

optimized HPV L1 and L2 genes were co-transfected into 293FT cells (Thermo 

733 

Fisher, Cat# R70007) in a 1:1 mass ratio with the pcDNA3.1-EGFP plasmid. 

734 

Transfections were performed using Polyethylenimine Linear (PEI) MW40000 

735 

(rapid  lysis;  Yeasen,  Cat#  40816ES03).  The  cells  were  harvested  72  hours 

736 

post-transfection, after a single wash with DPBS. Subsequently, the collected 

737 

cells were lysed in a lysis buffer comprising 0.5% Brij58 (Sigma-Aldrich), 0.2% 

738 

Benzonase  (Merck  Millipore,  Darmstadt,  Germany),  0.2%  PlasmidSafe ATP-

739 

Dependent  DNase  (Epicenter  Biotechnologies,  Madison,  WI),  and  DPBS-Mg 

740 

solution.  The  lysates  were  then  incubated  at  37°C  for  16-18  hours.  After 

741 

incubation,  the  lysates  were  treated  with  ice-water  for  15  minutes  at  4°C. 

742 

Following this, 5 M NaCl was added to the lysates at a volume equal to 0.19 

743 

times the lysate volume. The resultant pseudovirus was harvested for use in 

744 

subsequent  neutralization  assays.  The  50%  Tissue  Culture  Infective  Dose 

745 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

36 

 

(TCID

50

) of the pseudovirus was determined using the Reed-Muench method 

746 

55

, as previously described

29

 The pseudoviruses were then diluted to 3 × 10^5 

747 

TCID

50

/μL for the Pseudovirus-based Neutralization Assay (PBNA). 

748 

Pseudovirus-based neutralization assay (PBNA) 

749 

To detect serum neutralizing antibody titers, mouse sera were initially diluted in 

750 

ES serum-containing DMEM to various starting concentrations (ranging from 

751 

2.5 to 1000).  These initial dilutions were then subjected to 2-fold serial dilutions, 

752 

maintaining a total volume of 60 μL for each dilution. The diluted sera (60 μL) 

753 

were subsequently mixed with an equal volume (60 μL) of HPV PsV diluent, 

754 

which contained a PsV concentration of  3 ×  10^5 TCID

50

/μL.   The sera-PsV 

755 

mixtures were then incubated at 37°C for 1 h to allow interaction. Following this 

756 

incubation, 100 μL of each mixture was added to HEK293FT cells that had been 

757 

pre-seeded  in  96-well  plates  at  a  density  of  1.5  ×  10^4  cells  per  well  and 

758 

incubated for 4-6 h at 37°C to allow adhesion.  The cells were then incubated 

759 

with the mixtures for an additional 72 h at 37°C. The extent of PsV infection was 

760 

quantified using the ELISPOT method to count the number of green fluorescent 

761 

spots in each well.  Wells with spot counts lower than 50% of the average value 

762 

of the negative control wells were considered to indicate effective inhibition of 

763 

PsV  infection  due  to  the  presence  of  serum  neutralizing  antibodies.  The 

764 

neutralization titer of the antibody was calculated as the log10 of the highest 

765 

serum dilution that achieved greater than 50% inhibition of infection.

 

766 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

37 

 

Vaccine Immunogenicity Evaluation 

767 

Female BALB/c mice (n = 5), aged 6-8 weeks, were immunized intraperitoneally 

768 

with 1 mL of vaccine following a prime-boost-boost regimen on days 0, 14, and 

769 

28. Each immunization consisted of either chimeric or WT VLPs formulated with 

770 

aluminum adjuvant at doses of 5.0, 1.0, or 0.2 μg per dose. The final endotoxin 

771 

concentration  of  all  antigen  preparations  was  validated  by  the  Limulus 

772 

Amebocyte  Lysate  (LAL)  assay  (Lonza),  <1  EU/μg

56

.  Serum  samples  were 

773 

collected at week 6, and neutralizing titers were assessed using the PBNA. 

774 

ED

50

 Analysis 

775 

Female  BALB/c  mice  (n  =  8)  were  administered  a  single  intraperitoneal 

776 

vaccination  with  varying  doses  (0.011,  0.033,  0.100,  0.300,  or  0.900  μg)  of 

777 

either  WT  or  chimeric  VLPs  mixed  with  aluminum  adjuvant.  Serum  samples 

778 

were collected five weeks post-immunization. Neutralizing antibody responses 

779 

were  assessed  using  pseudovirus-based  cell  models  for  HPV11,  HPV6,  and 

780 

HPV53. The results were analyzed using the Reed and Muench method

55

.

 

781 

Quantification and statistical analysis 

782 

Statistical analyses were performed using SPSS Statistics software (IBM Corp., 

783 

Armonk,  NY,  USA).  Data  were  subjected  to  one-way  or  two-way  analysis  of 

784 

variance  (ANOVA)  and  are  presented  as  mean  ±  standard  deviation  (SD). 

785 

Statistical  significance  was  denoted  as  follows:  *

p

  <  0.05,  **

p

  <  0.01,  ***

p

  < 

786 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

38 

 

0.001, ****

p

 < 0.0001.

787 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

39 

 

References: 

788 

1. 

McBride, A.A. (2022). Human papillomaviruses: diversity, infection and host interactions. 

789 

Nat Rev Microbiol 

20, 95-108. 10.1038/s41579-021-00617-5. 

790 

2. 

Organization,  W.H.  (2023).  Human  Papillomavirus  and  Related  Diseases  Report. 

791 

https://hpvcentre.net/statistics/reports/XWX.pdf?t=1730354620807. 

792 

3. 

Brianti, P., De Flammineis, E., and Mercuri, S.R. (2017). Review of HPV-related diseases and 

793 

cancers. New Microbiol 

40, 80-85. 

794 

4. 

Personal habits and indoor combustions.  (2012). IARC Monogr Eval Carcinog Risks Hum 

795 

100, 1-538. 

796 

5. 

de  Villiers,  E.-M.,  Fauquet,  C.,  Broker,  T.R.,  Bernard,  H.-U.,  and  zur  Hausen,  H.  (2004). 

797 

Classification 

of 

papillomaviruses. 

Virology 

324, 

17-27. 

798 

https://doi.org/10.1016/j.virol.2004.03.033. 

799 

6. 

Zhang, P., Monteiro da Silva, G., Deatherage,  C., Burd, C., and DiMaio,  D.  (2018). Cell-

800 

Penetrating Peptide Mediates Intracellular Membrane Passage of Human Papillomavirus 

801 

L2&#xa0;Protein  to  Trigger  Retrograde  Trafficking.  Cell 

174,  1465-1476.e1413. 

802 

10.1016/j.cell.2018.07.031. 

803 

7. 

Chen, J., Wang, D., Wang, Z., Wu, K., Wei, S., Chi, X., Qian, C., Xu, Y., Zhou, L., Li, Y., et al. 

804 

(2023).  Critical  Residues  Involved  in  the  Coassembly  of  L1  and  L2  Capsid  Proteins  of 

805 

Human Papillomavirus 16. J Virol 

97, e0181922. 10.1128/jvi.01819-22. 

806 

8. 

Tommy,  R.,  Buchanan,  Whitney,  S.,  Graybill,  Young,  J.,  vaccines,  P.J.H.,  and 

807 

immunotherapeutics (2016). Morbidity and mortality of vulvar and vaginal cancers: Impact 

808 

of 2-, 4-, and 9-valent HPV vaccines. 

809 

9. 

Lawson,  J.S.,  Glenn, W.K.J.I.A., and Cancer  (2020).  Evidence  for  a  causal role  by  human 

810 

papillomaviruses in prostate cancer 

 a systematic review. 

15. 

811 

10. 

Freddie,  Bray,  Jacques,  Ferlay,  Isabelle,  Soerjomataram,  Rebecca,  Siegel,  and  clinicians, 

812 

L.J.C.a.c.j.f. (2018). Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and 

813 

mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. 

814 

11. 

Leconte, B.A., Peter, S., Fennewald, S.M., Lou, D.I., Suimin, Q., Nai-Wei, C., Lee, J.H., Resto, 

815 

V.A., and Lina, T.M.J.P.O. (2018). Differences in the viral genome between HPV-positive 

816 

cervical and oropharyngeal cancer. 

13, e0203403. 

817 

12. 

Gluvaji

ć 

, D., Ho

š

njak, L., Zorec, T.M., Gale, N., Bolte

ž

ar, I.H., and Poljak, M. (2024). Long-

818 

Term Infection With a Particular Human Papillomavirus (HPV) Genotype, HPV Subtype, or 

819 

HPV Genomic Variant Does not Significantly Influence the Clinical Course of Recurrent 

820 

Respiratory Papillomatosis. J Med Virol 

96, e70060. 10.1002/jmv.70060. 

821 

13. 

Cancer, I.A.f.R.o. (2024). Absolute numbers of cervical cancer incidence and mortality in 

822 

2022. 

823 

https://gco.iarc.fr/today/en/dataviz/bars?types=0&mode=cancer&group_populations=1

824 

&sort_by=value0&key=total&sexes=2. 

825 

14. 

Kombe  Kombe,  A.J.,  Li,  B.,  Zahid,  A.,  Mengist,  H.M.,  Bounda,  G.A.,  Zhou,  Y.,  and  Jin,  T. 

826 

(2020).  Epidemiology  and  Burden  of  Human  Papillomavirus  and  Related  Diseases, 

827 

Molecular  Pathogenesis,  and  Vaccine  Evaluation.  Front  Public  Health 

8,  552028. 

828 

10.3389/fpubh.2020.552028. 

829 

15. 

Ntanasis-Stathopoulos, I., Kyriazoglou, A., Liontos, M., M, A.D., and Gavriatopoulou, M. 

830 

(2020). Current trends in the management and prevention of human papillomavirus (HPV) 

831 

infection. Journal of B.U.ON. : official journal of the Balkan Union of Oncology 

25, 1281-

832 

1285. 

833 

16. 

Vesikari, T., Brodszki, N., van Damme, P., Diez-Domingo, J., Icardi, G., Petersen, L.K., Tran, 

834 

C.,  Thomas,  S.,  Luxembourg,  A.,  and  Baudin,  M.  (2015).  A  Randomized,  Double-Blind, 

835 

Phase III Study of the Immunogenicity and Safety of a 9-Valent Human Papillomavirus L1 

836 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

40 

 

Virus-

Like Particle Vaccine (V503) Versus Gardasil® in 9–

15-Year-Old Girls. The Pediatric 

837 

Infectious Disease Journal 

34. 

838 

17. 

Garland, S.M., Hernandez-Avila, M., Wheeler, C.M., Perez, G., Harper, D.M., Leodolter, S., 

839 

Tang, G.W., Ferris, D.G., Steben, M., Bryan, J., et al. (2007). Quadrivalent vaccine against 

840 

human  papillomavirus  to  prevent  anogenital  diseases.  N  Engl  J  Med 

356,  1928-1943. 

841 

10.1056/NEJMoa061760. 

842 

18. 

Kirnbauer, R., Booy, F., Cheng, N., Lowy, D.R., and Schiller, J.T. (1992). Papillomavirus L1 

843 

major capsid protein self-assembles into virus-like particles that are highly immunogenic. 

844 

Proceedings 

of 

the 

National 

Academy 

of 

Sciences 

89, 

12180-12184. 

845 

doi:10.1073/pnas.89.24.12180. 

846 

19. 

Organization, 

W.H. 

(2024). 

Human 

papillomavirus 

vaccines 

(HPV). 

847 

https://www.who.int/teams/immunization-vaccines-and-biologicals/diseases/human-

848 

papillomavirus-vaccines-(HPV). 

849 

20. 

Mesher, D., Soldan, K., Lehtinen, M., Beddows, S., Brisson, M., Brotherton, J.M.L., Chow, 

850 

E.P.F.,  Cummings,  T.,  Drolet,  M.,  Fairley,  C.K.,  et  al.  (2016).  Population-Level  Effects  of 

851 

Human Papillomavirus Vaccination Programs on Infections with Nonvaccine Genotypes. 

852 

Emerg Infect Dis 

22, 1732-1740. 10.3201/eid2210.160675. 

853 

21. 

Wang, H., Cheng, X., Ye, J., Xu, X., Hong, Y., Sui, L., You, Z., and Xie, X. (2018). Distribution 

854 

of  human  papilloma  virus  genotype  prevalence  in  invasive  cervical  carcinomas  and 

855 

precancerous  lesions  in  the  Yangtze  River  Delta  area,  China.  BMC  cancer 

18,  487. 

856 

10.1186/s12885-018-4330-9. 

857 

22. 

Ährlund

-Richter,  A.,  Cheng,  L.,  Hu,  Y.O.O.,  Svensson,  M.,  Pennhag,  A.A.L.,  Ursu,  R.G., 

858 

Haeggblom,  L.,  Grün,  N.,  Ramqvist,  T.,  Engstrand,  L.,  et  al.  (201

9).  Changes  in  Cervical 

859 

Human Papillomavirus (HPV) Prevalence at a Youth Clinic in Stockholm, Sweden, a Decade 

860 

After  the  Introduction  of  the  HPV  Vaccine.  Front  Cell  Infect  Microbiol 

9,  59. 

861 

10.3389/fcimb.2019.00059. 

862 

23. 

Mesher, D., Soldan, K., Lehtinen, M., Beddows, S., Brisson, M., Brotherton, J.M., Chow, E.P., 

863 

Cummings, T., Drolet, M., Fairley, C.K., et al. (2016). Population-Level Effects of Human 

864 

Papillomavirus Vaccination Programs on Infections with Nonvaccine Genotypes. Emerg 

865 

Infect Dis 

22, 1732-1740. 10.3201/eid2210.160675. 

866 

24. 

Qian, C., Liu, X., Xu, Q., Wang, Z., Chen, J., Li, T., Zheng, Q., Yu, H., Gu, Y., Li, S., and Xia, N. 

867 

(2020).  Recent  Progress  on  the  Versatility  of  Virus-Like  Particles.  Vaccines  (Basel) 

8. 

868 

10.3390/vaccines8010139. 

869 

25. 

Christensen,  N.D.,  Kreider,  J.W.,  Cladel,  N.M.,  Patrick,  S.D.,  and  Welsh,  P.A.  (1990). 

870 

Monoclonal antibody-mediated neutralization of infectious human papillomavirus type 

871 

11. J Virol 

64, 5678-5681. 10.1128/jvi.64.11.5678-5681.1990. 

872 

26. 

Christensen,  N.D.,  Kirnbauer,  R.,  Schiller,  J.T.,  Ghim,  S.J.,  Schlegel,  R.,  Jenson,  A.B.,  and 

873 

Kreider,  J.W.  (1994).  Human  papillomavirus  types  6  and  11  have  antigenically  distinct 

874 

strongly immunogenic conformationally dependent neutralizing epitopes. Virology 

205, 

875 

329-335. 10.1006/viro.1994.1649. 

876 

27. 

White, W.I., Wilson, S.D., Bonnez, W., Rose, R.C., Koenig, S., and Suzich, J.A. (1998). In vitro 

877 

infection  and  type-restricted  antibody-mediated  neutralization  of  authentic  human 

878 

papillomavirus type 16. J Virol 

72, 959-964. 10.1128/jvi.72.2.959-964.1998. 

879 

28. 

Li, Z., Song, S., He, M., Wang, D., Shi, J., Liu, X., Li, Y., Chi, X., Wei, S., Yang, Y., et al. (2018). 

880 

Rational  design  of  a  triple-type  human  papillomavirus  vaccine  by  compromising  viral-

881 

type specificity. Nat Commun 

9, 5360. 10.1038/s41467-018-07199-6. 

882 

29. 

Qian, C., Yang, Y., Xu, Q., Wang, Z., Chen, J., Chi, X., Yu, M., Gao, F., Xu, Y., Lu, Y., et al. 

883 

(2022). Characterization of an Escherichia coli-derived triple-type chimeric vaccine against 

884 

human papillomavirus types 39, 68 and 70. NPJ Vaccines 

7, 134. 10.1038/s41541-022-

885 

00557-y. 

886 

30. 

Wang, Z., Wang, D., Chen, J., Gao, F., Jiang, Y., Yang, C., Qian, C., Chi, X., Zhang, S., Xu, Y., 

887 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

41 

 

et  al.  (2024).  Rational design  of a cross-type HPV  vaccine  through  immunodominance 

888 

shift  guided  by  a  cross-neutralizing  antibody.  Sci  Bull  (Beijing) 

69,  512-525. 

889 

10.1016/j.scib.2023.12.021. 

890 

31. 

Bishop, B., Dasgupta, J., Klein, M., Garcea, R.L., Christensen, N.D., Zhao, R., and Chen, X.S. 

891 

(2007).  Crystal  structures  of  four  types  of  human  papillomavirus  L1  capsid  proteins: 

892 

understanding  the  specificity  of  neutralizing  monoclonal  antibodies.  J  Biol  Chem 

282, 

893 

31803-31811. 10.1074/jbc.M706380200. 

894 

32. 

Muñoz, N., Bosch, F.X., de Sanjosé, S., Herrero, R., Castellsagué, X., Shah, K.V., Snijders, P.J., 

895 

and  Meijer,  C.J.  (2003).  Epidemiologic  classification  of  human  papillomavirus  types 

896 

associated with cervical cancer. N Engl J Med 

348, 518-527. 10.1056/NEJMoa021641. 

897 

33. 

Center,  I.H.P.R.  (2024).  HPV  reference  clones:  Officialy  established  HPV  types. 

898 

https://www.hpvcenter.se/human_reference_clones/. 

899 

34. 

Han, C., Huang, W., Ye, M., Zou, R., Lan, J., Chen, J., Jiang, J., Wang, H., Xia, L., Luo, J., et al. 

900 

(2023).  HPV  prevalence  and  genotype  distribution  in  2,306  patients  with  cervical 

901 

squamous cell carcinoma in central and eastern China. Front Public Health 

11, 1225652. 

902 

10.3389/fpubh.2023.1225652. 

903 

35. 

Guo, W., Hu, Z., Yan, J., Shen, X., Meng, Q., Wu, H., Xiang, Y., Yao, C., and Du, K. (2024). 

904 

Epidemiological study of human papillomavirus infection in 105,679 women in Wuhan, 

905 

China. BMC Infect Dis 

24, 1111. 10.1186/s12879-024-10011-0. 

906 

36. 

Zheng, L.-l., Chen, S.-f., Yang, F., Wang, W.-h., Xu, C., and Zheng, L.-y. (2023). High-risk 

907 

HPV  prevalence  and  genotype  distribution  among  women  in  Liaocheng,  Shandong 

908 

Province,  China  from  2016  to  2022.  Frontiers  in  Public  Health 

Volume  11  -  2023. 

909 

10.3389/fpubh.2023.1145396. 

910 

37. 

Hao,  S.,  Wang,  C.,  Liu,  S.,  He,  J.,  and  Jiang,  Y.  (2020).  HPV  genotypic  spectrum  in  Jilin 

911 

province,  China,  where  non-vaccine-covered  HPV53  and  51  are  prevalent,  exhibits  a 

912 

bimodal age-specific pattern. PLOS ONE 

15, e0230640. 10.1371/journal.pone.0230640. 

913 

38. 

Ouh, Y.T., Min, K.J., Cho, H.W., Ki, M., Oh, J.K., Shin, S.Y., Hong, J.H., and Lee, J.K. (2018). 

914 

Prevalence  of  human  papillomavirus  genotypes  and  precancerous  cervical  lesions  in  a 

915 

screening  population  in  the  Republic  of  Korea,  2014-2016.  J  Gynecol  Oncol 

29,  e14. 

916 

10.3802/jgo.2018.29.e14. 

917 

39. 

Qian, C., Chen, J., Yang, Y., Lu, Y., Ren, T., Jiang, Y., Huang, Y., Chi, X., Zhang, S., Zhang, C., 

918 

et al. (2025). Rational design of a triple-type HPV53/56/66 vaccine with one preferable 

919 

base particle incorporating two identified immunodominant sites. J Nanobiotechnology 

920 

23, 28. 10.1186/s12951-024-03080-5. 

921 

40. 

Luxembourg, A., Brown, D., Bouchard, C., Giuliano, A.R., Iversen, O.E., Joura, E.A., Penny, 

922 

M.E., Restrepo, J.A., Romaguera, J., Maansson, R., et al. (2015). Phase II studies to select 

923 

the  formulation  of  a  multivalent  HPV  L1  virus-like  particle  (VLP)  vaccine.  Hum  Vaccin 

924 

Immunother 

11, 1313-1322. 10.1080/21645515.2015.1012010. 

925 

41. 

Huber, B., Wang, J.W., Roden, R.B.S., and Kirnbauer, R. (2021). RG1-VLP and Other L2-

926 

Based, Broad-Spectrum HPV Vaccine Candidates. J Clin Med 

10. 10.3390/jcm10051044. 

927 

42. 

Longet, S., Schiller, J.T., Bobst, M., Jichlinski, P., and Nardelli-Haefliger, D. (2011). A murine 

928 

genital-challenge model is a sensitive measure of protective antibodies against human 

929 

papillomavirus infection. J Virol 

85, 13253-13259. 10.1128/jvi.06093-11. 

930 

43. 

Day, P.M., Pang, Y.Y., Kines, R.C., Thompson, C.D., Lowy, D.R., and Schiller, J.T. (2012). A 

931 

human  papillomavirus  (HPV)  in  vitro  neutralization  assay  that  recapitulates  the  in  vitro 

932 

process of infection provides a sensitive measure of HPV L2 infection-inhibiting antibodies. 

933 

Clin Vaccine Immunol 

19, 1075-1082. 10.1128/cvi.00139-12. 

934 

44. 

Dessy, F.J., Giannini, S.L., Bougelet, C.A., Kemp, T.J., David, M.P., Poncelet, S.M., Pinto, L.A., 

935 

and  Wettendorff,  M.A.  (2008).  Correlation  between  direct  ELISA,  single  epitope-based 

936 

inhibition ELISA and pseudovirion-based neutralization assay for measuring anti-HPV-16 

937 

and anti-HPV-18 antibody response after  vaccination with the AS04-adjuvanted HPV-

938 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

42 

 

16/18 cervical cancer vaccine. Hum Vaccin 

4, 425-434. 10.4161/hv.4.6.6912. 

939 

45. 

WHO Expert Committee on Biological Standardization.  (2016). World Health Organ Tech 

940 

Rep Ser, 1-267. 

941 

46. 

Xie, F., Du, K., Li, J., Zhong, S., Fan, C., Bi, Z., Zhang, Q., Chen, J., Ma, S., and Zhang, D. 

942 

(2025). Head-to-head immunogenicity comparison of one-dose Cecolin and Gardasil in 

943 

Chinese  girls  aged  9-14 years:  A  randomized  and  open-label  clinical  trial.  Vaccine 

55, 

944 

127015. 10.1016/j.vaccine.2025.127015. 

945 

47. 

Goddard, T.D., Huang, C.C., Meng, E.C., Pettersen, E.F., Couch, G.S., Morris, J.H., and Ferrin, 

946 

T.E.  (2018).  UCSF  ChimeraX:  Meeting  modern  challenges  in  visualization  and  analysis. 

947 

Protein science : a publication of the Protein Society 

27, 14-25. 10.1002/pro.3235. 

948 

48. 

Madeira, F., Park, Y.M., Lee, J., Buso, N., Gur, T., Madhusoodanan, N., Basutkar, P., Tivey, 

949 

A.R.N., Potter, S.C., Finn, R.D., and Lopez, R. (2019). The EMBL-EBI search and sequence 

950 

analysis tools APIs in 2019. Nucleic Acids Res 

47, W636-w641. 10.1093/nar/gkz268. 

951 

49. 

Stecher, G., Tamura, K., and Kumar, S. (2020). Molecular Evolutionary Genetics Analysis 

952 

(MEGA) for macOS. Mol Biol Evol 

37, 1237-1239. 10.1093/molbev/msz312. 

953 

50. 

Letunic, I., and Bork, P. (2019). Interactive Tree Of Life (iTOL) v4: recent updates and new 

954 

developments. Nucleic Acids Res 

47, W256-w259. 10.1093/nar/gkz239. 

955 

51. 

Laemmli, U.K., Beguin, F., and Gujer-Kellenberger, G. (1970). A factor preventing the major 

956 

head protein of bacteriophage T4 from random aggregation. Journal of Molecular Biology 

957 

47, 69-85. https://doi.org/10.1016/0022-2836(70)90402-X. 

958 

52. 

Yan,  X.,  Sinkovits,  R.S., and  Baker,  T.S.J.J.o.S.B.  (2007).  AUTO3DEM--an  automated  and 

959 

high throughput program for image reconstruction of icosahedral particles. 

157, 73-82. 

960 

53. 

Grant, T., Rohou, A., and Grigorieff, N. (2018). cisTEM, user-friendly software for single-

961 

particle image processing. Elife 

7. 10.7554/eLife.35383. 

962 

54. 

Scheres,  S.H.W.,  and  Chen,  S.  (2012).  Prevention  of  overfitting  in  cryo-EM  structure 

963 

determination. Nature Methods 

9, 853-854. 10.1038/nmeth.2115. 

964 

55. 

Reed,  L.,  and  Muench,  H.J.A.J.H.  (1938).  A  simple  method  for  estimating  fifty  percent 

965 

endpoints. 

37. 

966 

56. 

Schwarz, H., Schmittner, M., Duschl, A., and Horejs-Hoeck, J. (2014). Residual endotoxin 

967 

contaminations in recombinant proteins are sufficient to activate human CD1c+ dendritic 

968 

cells. PLoS One 

9, e113840. 10.1371/journal.pone.0113840.

 

969 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004225017389-main-html.html
background image

Highlights 

Bridging  phylogenetic  gaps  for  cross-neutralization  of  HR-HPV53  and  LR-

HPV11/6. 

Designs H11-6HI-53DE-FG VLP with HPV53 loops, inducing balanced cross-

neutralization. 

Establishes multi-epitope transplantation for broad HPV vaccine development. 

 

Journal Pre-proof