Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is already responsible for far more deaths than previous pathogenic coronaviruses (CoVs) from 2002 and 2012. The identification of clinically approved drugs to be repurposed to combat 2019 CoV disease (COVID-19) would allow the rapid implementation of potentially life-saving procedures. The major protease (Mpro) of SARS-CoV-2 is considered a promising target, based on previous results from related CoVs with lopinavir (LPV), an HIV protease inhibitor. However, limited evidence exists for other clinically approved antiretroviral protease inhibitors, such as atazanavir (ATV). ATV is of high interest because of its bioavailability within the respiratory tract. Our results show that ATV could dock in the active site of SARS-CoV-2 Mpro, with greater strength than LPV. ATV blocked Mpro activity. We confirmed that ATV inhibits SARS-CoV-2 replication, alone or in combination with ritonavir (RTV) in Vero cells, human pulmonary epithelial cell line and primary monocytes, impairing virus-induced enhancement of IL-6 and TNF-α levels. Together, our data strongly suggest that ATV and ATV/RTV should be considered among the candidate repurposed drugs undergoing clinical trials in the fight against COVID-19.

Abstract Viruses are obligate intracellular parasites that make use of the host metabolic machineries to meet their biosynthetic needs, identifying the host pathways essential for the virus replication may lead to potential targets for therapeutic intervention. The mechanisms and pathways explored by SARS-CoV-2 to support its replication within host cells are not fully known. Lipid droplets (LD) are organelles with major functions in lipid metabolism and energy homeostasis, and have multiple roles in infections and inflammation. Here we described that monocytes from COVID-19 patients have an increased LD accumulation compared to SARS-CoV-2 negative donors. In vitro , SARS-CoV-2 infection modulates pathways of lipid synthesis and uptake, including CD36, SREBP-1, PPARγ and DGAT-1 in monocytes and triggered LD formation in different human cells. LDs were found in close apposition with SARS-CoV-2 proteins and double-stranded (ds)-RNA in infected cells. Pharmacological modulation of LD formation by inhibition of DGAT-1 with A922500 significantly inhibited SARS-CoV-2 replication as well as reduced production of pro-inflammatory mediators. Taken together, we demonstrate the essential role of lipid metabolic reprograming and LD formation in SARS-CoV-2 replication and pathogenesis, opening new opportunities for therapeutic strategies to COVID-19.

Abstract Current approaches of drugs repurposing against 2019 coronavirus disease (COVID-19) have not proven overwhelmingly successful and the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) pandemic continues to cause major global mortality. Daclatasvir (DCV) and sofosbuvir (SFV) are clinically approved against hepatitis C virus (HCV), with satisfactory safety profile. DCV and SFV target the HCV enzymes NS5A and NS5B, respectively. NS5A is endowed with pleotropic activities, which overlap with several proteins from SARS-CoV-2. HCV NS5B and SARS-CoV-2 nsp12 are RNA polymerases that share homology in the nucleotide uptake channel. We thus tested whether SARS-COV-2 would be susceptible these anti-HCV drugs. DCV consistently inhibited the production of infectious SARS-CoV-2 in Vero cells, in the hepatoma cell line (HuH-7) and in type II pneumocytes (Calu-3), with potencies of 0.8, 0.6 and 1.1 μM, respectively. Although less potent than DCV, SFV and its nucleoside metabolite inhibited replication in Calu-3 cells. Moreover, SFV/DCV combination (1:0.15 ratio) inhibited SARS-CoV-2 with EC 50 of 0.7:0.1 μM in Calu-3 cells. SFV and DCV prevented virus-induced neuronal apoptosis and release of cytokine storm-related inflammatory mediators, respectively. Both drugs inhibited independent events during RNA synthesis and this was particularly the case for DCV, which also targeted secondary RNA structures in the SARS-CoV-2 genome. Concentrations required for partial DCV in vitro activity are achieved in plasma at Cmax after administration of the approved dose to humans. Doses higher than those approved may ultimately be required, but these data provide a basis to further explore these agents as COVID-19 antiviral candidates.

Abstract Infection by SARS-CoV-2 may elicit uncontrolled and damaging inflammatory responses. Thus, it is critical to identify compounds able to inhibit virus replication and thwart the inflammatory reaction. Here, we show that the plasma levels of the immunoregulatory neuropeptide VIP are elevated in patients with severe COVID-19, correlating with reduced inflammatory mediators and with survival on those patients. In vitro, VIP and PACAP, highly similar neuropeptides, decreased the SARS-CoV-2 genome replication in human monocytes and viral production in lung epithelial cells, also reducing cell death. Both neuropeptides inhibited the production of proinflammatory mediators in lung epithelial cells and in monocytes. VIP and PACAP prevented in monocytes the SARS-CoV-2-induced activation of NF-kB and SREBP1 and SREBP2, transcriptions factors involved in proinflammatory reactions and lipid metabolism, respectively. They also promoted CREB activation, a transcription factor with antiapoptotic activity and negative regulator of NF-kB. Specific inhibition of NF-kB and SREBP1/2 reproduced the anti-inflammatory, antiviral and cell death protection effects of VIP and PACAP. Our results support further clinical investigations of these neuropeptides against COVID-19.

Abstract Repositioning of clinical approved drugs could represent the fastest way to identify therapeutic options during public health emergencies, the majority of drugs explored for repurposing as antivirals for 2019 coronavirus disease (COVID-19) have failed to demonstrate clinical benefit. Without specific antivirals, the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) pandemic continues to cause major global mortality. Antimalarial drugs, such as chloroquine (CQ)/hydroxychloroquine (HCQ) and mefloquine have emerged as potential anti-SARS-CoV-2 antivirals. CQ/HCQ entered the Solidarity and RECOVERY clinical trials against COVID-19 and showed lack of efficacy. Importantly, mefloquine is not a 4-aminoquinoline like CQ and HCQ and has been previously repurposed for other respiratory diseases. Unlike the 4-aminoquinolines that accumulate in the high pH of intracellular lysosomes of the lung, the high respiratory tract penetration of mefloquine is driven by its high lipophilicity. While CQ and HCQ exhibit activity in Vero E6 cells, their activity is obviated in TMPRSS2-expressing cells, such as Calu-3 cells, which more accurately recapitulate in vivo entry mechanisms for SARS-CoV-2. Accordingly, here we report the anti-SARS-CoV-2 activity of mefloquine in Calu-3 type II pneumocytes and primary human monocytes. Mefloquine inhibited SARS-CoV-2 replication in Calu-3 cells with low cytotoxicity and EC 50 and EC 90 values of 1.2 and 5.3 µM, respectively. In addition, mefloquine reduced up to 68% the SARS-CoV-2 RNA levels in infected monocytes, reducing viral-induced inflammation. Mefloquine blocked early steps of the SARS-CoV-2 replicative cycle and was less prone than CQ to induce drug-associated viral mutations and synergized with RNA polymerase inhibitor. The pharmacological parameters of mefloquine are consistent with its plasma exposure in humans and its tissue-to-plasma predicted coefficient points that this drug may accumulate in the lungs. These data indicate that mefloquine could represent an orally available clinically approved drug option against COVID-19 and should not be neglected on the basis of the failure of CQ and HCQ.

Abstract Atazanavir (ATV) has already been considered as a potential repurposing drug to 2019 coronavirus disease (COVID-19), however, there are controversial reports on its mechanism of action and effectiveness as anti-severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Through the pre-clinical chain of experiments: enzymatic, molecular docking, cell-based, and in vivo assays, it is demonstrated here that both SARS-CoV-2 B.1 lineage and variant of concern gamma are susceptible to this antiretroviral. Enzymatic assays and molecular docking calculations showed that SARS-CoV-2 main protease (M pro ) was inhibited by ATV, with Morrison’s inhibitory constant (Ki) 1.5-fold higher than boceprevir (GC376, a positive control). ATV was a competitive inhibition, increasing the M pro ’s Michaelis-Menten (K m ) more than 6-fold. Cell-based assays indicated that SARS-CoV-2 gamma is more susceptible to ATV than its predecessor strain B.1. Using oral administration of ATV in mice to reach plasmatic exposure similar to humans, transgenic mice expression in human angiotensin converting enzyme 2 (K18-hACE2) were partially protected against lethal challenge with SARS-CoV-2 gamma. Moreover, less cell death and inflammation were observed in the lung from infected and treated mice. Our studies may contribute to a better comprehension of the M pro /ATV interaction, which could pave the way to the development of specific inhibitors of this viral protease.

Abstract Influenza A virus (IAV) causes a major public health concern, because it is one of the leading causes of respiratory tract infections and hospitalization. Severe influenza has been associated with the cytokine storm, and IAV productive infection cell death in airway epithelial cells may contribute to the exacerbation of this proinflammatory event. On the other hand, IAV replication in macrophages is non-permissive and whether this immune cell may contribute to severe influenza physiopathology requires more details. Here, we investigated IAV-induced macrophage death, along with potential therapeutic intervention. We found that IAV or simply its surface glycoprotein hemagglutinin (HA) triggers necroptosis in human and murine macrophages in a Toll-like receptor-4 (TLR4) and TNF-dependent manner. Anti-TNF treatment, with the clinically approved drug etanercept, prevented the engagement of the necroptotic loop and mice mortality. impaired IAV-induced pro-inflammatory cytokine storm and lung injury. Our results implicate macrophage necroptosis with severe influenza in experimental models and potentially repurpose a clinically available therapy. Author Summary Various fates of cell death have an integral role in the influenza A virus (IAV) pathogenesis and lung/respiratory dysfunction. IAV physiopathology is not restricted to airway epithelial cells, where this virus actively replicated. Macrophages should support both viral clearance and priming of adaptative immune response in patients that adequately control influenza. However, during severe IAV infection, macrophages – which are unable to support a permissive viral replication - undergo disruptive cell death and contribute to the exacerbated production of proinflammatory cytokines/chemokines. We characterized this process by showing that IAV or just its surface glycoprotein hemagglutinin (HA) trigger necroptosis, a disruptive and TNF-dependent cells death. Since TNF is a hallmark of pro-inflammatory cell death, we blocked this mediator with a repurposed biomedicine etanercept, which prevented the severe IAV infection in the experimental model. The present work improves the knowledge of influenza pathophysiology by highlighting the importance of macrophage cell death during severe infection.

Yellow fever virus (YFV) is a member of the Flaviviridae family, that causes major mortality. In Brazil, YFV activity increased in the last years. It has been registered that sylvatic, instead of urban, yellow fever (YF) leads our contemporary public health concern. Low vaccinal coverage leaves the human population near the jangle vulnerable to the outbreak, making it necessary to identify therapeutic options. Repurposing of clinically approved antiviral drugs represents an alternative for such identification. Other Flaviviruses, such Zika (ZIKV) and dengue (DENV) viruses, are susceptible to Sofosbuvir, a clinically approved drug against hepatitis C virus (HCV). Moreover, sofosbuvir has a safety record on critically ill hepatic patients, making it an attractive option. Our data show that YFV RNA polymerase uses conserved amino acid resides for nucleotide binding to dock sofosbuvir. This drug inhibited YFV replication in different lineages of human hepatoma cells, Huh-7 and HepG2, with EC50 value of 4.8 μM. Sofosbuvir protected YFV-infected neonatal Swiss mice from mortality and weight loss. Our pre-clinical results indicate that sofosbuvir could represent an option against YFV.

Chikungunya virus (CHIKV) causes a febrile disease associated with chronic arthralgia, which may progress to neurological impairment. Chikungunya fever (CF) is a consolidated public health problem, in tropical and subtropical regions of the world, where control of CHIKV vector, mosquitos of the Aedes genus, failed. Since there is no vaccine or specific treatment against CHIKV, infected patients receive only palliative care to alleviate pain and arthralgia. Thus, drug repurposing is necessary to identify antivirals against CHIKV. Recently, the structure and activity of CHIKV RNA polymerase was partially resolved, revealing similar aspects with the enzyme counterparner on other positive sense RNA viruses, such as members of the Flaviviridae family. We then evaluated if sofosbuvir, clinically approved against hepatitis C virus RNA polymerase, which also aims to dengue, Zika and yellow fever viruses replication, would inhibit CHIKV replication. Indeed, sofosbuvir was 5-times more selective in inhibiting CHIKV production in human hepatoma cells than ribavirin, a pan-antiviral drug. Although CHIKV replication in human induced pluripotent stem cell (iPS)-derived astrocytes was less sensitive to sofosbuvir, compared to hepatoma cells; this drug still impaired virus production and cell death in a MOI-dependent manner. Sofosbuvir also exhibited antiviral activity in vivo, by preventing CHIKV-induced paw oedeme in adult mice, at 20 mg/kg/day, and mortality on neonate mice model, at 40 and 80 mg/kg/day. Our data demonstrates that a prototypic alphavirus, CHIKV, is also susceptible to sofosbuvir. Since this is a clinically approved drug, it could pave the way to become a therapeutic option against CF.

Zika virus (ZIKV) caused significant public health concern, because of its association with congenital malformations, neurological disorders in adults and, more recently, with deaths. Considering the necessity to mitigate the cases ZIKV-associated diseases, antiviral interventions against this virus are an urgent necessity. Sofosbuvir, a drug in clinical use against Hepatitis C Virus (HCV), is among the FDA-approved substances endowed with anti-ZIKV activity. In this work, we further investigated the in vivo activity of sofosbuvir against ZIKV. Neonatal Swiss mice were infected with ZIKV (2 x 107 PFU) and treated with sofosbuvir at 20 mg/kg/day, a concentration compatible with pre-clinical development of this drug. We found that sofosbuvir reduced acute levels of ZIKV from 60 to 90 % in different anatomical compartments, such as in blood plasma, spleen, kidney and brain. Early treatment with sofosbuvir doubled the percentage and time of survival of ZIKV-infected animals, despite the aggressive virus challenge assayed and also prevented the acute neuromotor impairment triggered by the virus. On the long-term behavior analysis of ZIKV-associated sequelae, sofosbuvir prevented loss of hippocampal- and amygdala-dependent memory. Our results point out that sofosbuvir inhibits ZIKV replication in vivo, which is consistent with the prospective necessity of antiviral drugs to treat ZIKV-infected individuals.