Abstract The SARS-CoV-2 main protease (3CLpro) has an indispensable role in the viral life cycle and is a therapeutic target for the treatment of COVID-19. The potential of 3CLpro-inhibitors to select for drug-resistant variants needs to be established. Therefore, SARS-CoV-2 was passaged in vitro in the presence of increasing concentrations of ALG-097161, a probe compound designed in the context of a 3CLpro drug discovery program. We identified a combination of amino acid substitutions in 3CLpro (L50F E166A L167F) that is associated with > 20x increase in EC 50 values for ALG-097161, nirmatrelvir (PF-07321332) and PF-00835231. While two of the single substitutions (E166A and L167F) provide low-level resistance to the inhibitors in a biochemical assay, the triple mutant results in the highest levels of resistance (6x to 72x). All substitutions are associated with a significant loss of enzymatic 3CLpro activity, suggesting a reduction in viral fitness. Structural biology analysis indicates that the different substitutions reduce the number of inhibitor/enzyme interactions while the binding of the substrate is maintained. These observations will be important for the interpretation of resistance development to 3CLpro inhibitors in the clinical setting. Abstract Importance Paxlovid is the first oral antiviral approved for treatment of SARS-CoV-2 infection. Antiviral treatments are often associated with the development of drug resistant viruses. In order to guide the use of novel antivirals it is essential to understand the risk of resistance development and to characterize the associated changes in the viral genes and proteins. In this work, we describe for the first time a pathway that allows SARS-CoV-2 to develop resistance against Paxlovid in vitro . The characteristics of in vitro antiviral resistance development may be predictive for the clinical situation. Therefore, our work will be important for the management of COVID-19 with Paxlovid and next generation SARS-CoV-2 3CLpro inhibitors.

Abstract There is an urgent need for antivirals targeting the SARS-CoV-2 virus to fight the current COVID-19 pandemic. The SARS-CoV-2 main protease (3CLpro) represents a promising target for antiviral therapy. The lack of selectivity for some of the reported 3CLpro inhibitors, specifically versus cathepsin L, raises potential safety and efficacy concerns. ALG-097111 potently inhibited SARS-CoV-2 3CLpro (IC 50 = 7 nM) without affecting the activity of human cathepsin L (IC 50 > 10 μM). When ALG-097111 was dosed in hamsters challenged with SARS-CoV-2, a robust and significant 3.5 log 10 (RNA copies/mg) reduction of the viral RNA copies and 3.7 log 10 (TCID50/mg) reduction in the infectious virus titers in the lungs was observed. These results provide the first in vivo validation for the SARS-CoV-2 3CLpro as a promising therapeutic target for selective small molecule inhibitors.

We report the use of reconstituted 3D-human airway epithelium cells of bronchial origin (HuAEC) in an air-liquid interface to study respiratory syncytial virus (RSV) infection and to assess the efficacy of RSV inhibitors in (pre-)clinical development. RSV-A replicates efficiently in HuAEC and viral RNA is shed for weeks after infection. RSV infection reduces the ciliary beat frequency of the ciliated cells as of 4 days post infection, with complete ciliary dyskinesia observed by day 10. Treatment with RSV fusion inhibitors resulted in an antiviral effect only when added at the time of infection. In contrast, the use of replication inhibitors (both nucleoside and non-nucleosides) elicited a marked antiviral effect even when start of treatment was delayed until one or even three days after infection. Levels of the inflammation marker RANTES (mRNA) increased ~200-fold in infected-untreated cultures (at three weeks post infection), but levels were comparable to those of uninfected cultures in the presence of PC-876, a RSV-replication inhibitor, demonstrating that an efficient antiviral treatment inhibits virus induced inflammation in this model. Overall, HuAEC offer a robust and physiologically relevant model to study RSV replication and to assess the efficacy of antiviral compounds.