Abstract A novel coronavirus (2019-nCoV) outbreak has caused a global pandemic resulting in tens of thousands of infections and thousands of deaths worldwide. The RNA-dependent RNA polymerase (RdRp, also named nsp12), which catalyzes the synthesis of viral RNA, is a key component of coronaviral replication/transcription machinery and appears to be a primary target for the antiviral drug, remdesivir. Here we report the cryo-EM structure of 2019-nCoV full-length nsp12 in complex with cofactors nsp7 and nsp8 at a resolution of 2.9-Å. Additional to the conserved architecture of the polymerase core of the viral polymerase family and a nidovirus RdRp-associated nucleotidyltransferase (NiRAN) domain featured in coronaviral RdRp, nsp12 possesses a newly identified β-hairpin domain at its N-terminal. Key residues for viral replication and transcription are observed. A comparative analysis to show how remdesivir binds to this polymerase is also provided. This structure provides insight into the central component of coronaviral replication/transcription machinery and sheds light on the design of new antiviral therapeutics targeting viral RdRp. One Sentence Summary Structure of 2019-nCov RNA polymerase.

ABSTRACT SARS-CoV-2 is the etiological agent responsible for the COVID-19 outbreak in Wuhan. Specific antiviral drug are urgently needed to treat COVID-19 infections. The main protease (M pro ) of SARS-CoV-2 is a key CoV enzyme that plays a pivotal role in mediating viral replication and transcription, which makes it an attractive drug target. In an effort to rapidly discover lead compounds targeting M pro , two compounds ( 11a and 11b ) were designed and synthesized, both of which exhibited excellent inhibitory activity with an IC50 value of 0.05 μM and 0.04 μM respectively. Significantly, both compounds exhibited potent anti-SARS-CoV-2 infection activity in a cell-based assay with an EC50 value of 0.42 μM and 0.33 μM, respectively. The X-ray crystal structures of SARS-CoV-2 M pro in complex with 11a and 11b were determined at 1.5 Å resolution, respectively. The crystal structures showed that 11a and 11b are covalent inhibitors, the aldehyde groups of which are bound covalently to Cys145 of M pro . Both compounds showed good PK properties in vivo , and 11a also exhibited low toxicity which is promising drug leads with clinical potential that merits further studies.

Abstract The antineoplastic drug Carmofur was shown to inhibit SARS-CoV-2 main protease (M pro ). Here the X-ray crystal structure of M pro in complex with Carmofur reveals that the carbonyl reactive group of Carmofur is covalently bound to catalytic Cys145, whereas its fatty acid tail occupies the hydrophobic S2 subsite. Carmofur inhibits viral replication in cells (EC 50 = 24.30 μM) and it is a promising lead compound to develop new antiviral treatment for COVID-19.

A new coronavirus (CoV) identified as COVID-19 virus is the etiological agent responsible for the 2019-2020 viral pneumonia outbreak that commenced in Wuhan[1][1]–[4][2]. Currently there is no targeted therapeutics and effective treatment options remain very limited. In order to rapidly discover lead compounds for clinical use, we initiated a program of combined structure-assisted drug design, virtual drug screening and high-throughput screening to identify new drug leads that target the COVID-19 virus main protease (Mpro). Mpro is a key CoV enzyme, which plays a pivotal role in mediating viral replication and transcription, making it an attractive drug target for this virus[5][3],[6][4]. Here, we identified a mechanism-based inhibitor, N3, by computer-aided drug design and subsequently determined the crystal structure of COVID-19 virus Mpro in complex with this compound. Next, through a combination of structure-based virtual and high-throughput screening, we assayed over 10,000 compounds including approved drugs, drug candidates in clinical trials, and other pharmacologically active compounds as inhibitors of Mpro. Six of these inhibit Mpro with IC50 values ranging from 0.67 to 21.4 μM. Ebselen also exhibited promising antiviral activity in cell-based assays. Our results demonstrate the efficacy of this screening strategy, which can lead to the rapid discovery of drug leads with clinical potential in response to new infectious diseases where no specific drugs or vaccines are available. [1]: #ref-1 [2]: #ref-4 [3]: #ref-5 [4]: #ref-6

Abstract The global emergence of SARS-CoV-2 has triggered numerous efforts to develop therapeutic options for COVID-19 pandemic. The main protease of SARS-CoV-2 (M pro ), which is a critical enzyme for transcription and replication of SARS-CoV-2, is a key target for therapeutic development against COVID-19. An organoselenium drug called ebselen has recently been demonstrated to have strong inhibition against M pro and antiviral activity but its molecular mode of action is unknown preventing further development. We have examined the binding modes of ebselen and its derivative in M pro via high resolution co-crystallography and investigated their chemical reactivity via mass spectrometry. Stronger M pro inhibition than ebselen and potent ability to rescue infected cells were observed for a number of ebselen derivatives. A free selenium atom bound with cysteine 145 of M pro catalytic dyad has been revealed by crystallographic studies of M pro with ebselen and MR6-31-2 suggesting hydrolysis of the enzyme bound organoselenium covalent adduct, formation of a phenolic by-product is confirmed by mass spectrometry. The target engagement of these compounds with an unprecedented mechanism of SARS-CoV-2 M pro inhibition suggests wider therapeutic applications of organo-selenium compounds in SARS-CoV-2 and other zoonotic beta -corona viruses.

Abstract Removal of 5′ cap on cellular mRNAs by the African Swine Fever Virus (ASFV) decapping enzyme g5R protein (g5Rp) is beneficial to viral gene expression during the early stages of infection. As the only nucleoside diphosphate linked moiety X (Nudix) decapping enzyme encoded in the ASFV genome, g5Rp works in both the degradation of cellular mRNA and hydrolyzation of the diphosphoinositol polyphosphates. Here, we report the structures of dimeric g5Rp and its complex with inositol hexakisphosphate (InsP 6 ). The two g5Rp protomers interact head-to-head to form a dimer, and the dimeric interface is formed by extensive polar and nonpolar interactions. Each protomer composed a unique N-terminal helical domain and C-terminal classic Nudix domain. As a mRNA decapping enzyme, we identified key residues, including K 8 , K 94 , K 95 , K 98 , K 175 , R 221 , and K 243 located on the substrate RNA binding interfaces of g5Rp, are important to RNA binding and decapping enzyme activity. Furthermore, we identified that the g5Rp-mediated mRNA decapping was inhibited by the InsP 6 . The g5Rp–InsP 6 complex structure showed that the InsP 6 molecules occupy the same regions that primarily mediate g5Rp-RNA interaction, elucidating the roles of InsP 6 in the regulation of the viral decapping activity of g5Rp in mRNA degradation. Collectively, these results provide the structural basis of interaction between RNA and g5Rp and highlight the inhibitory mechanism of InsP 6 on mRNA decapping by g5Rp.