Targeting the main protease of SARS-CoV-2 Inside host cells, the RNA genome of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is translated into two polyproteins that are cleaved to give the individual viral proteins. The main viral protease, known as Mpro or 3CLpro, plays a key role in these cleavages, making it an important drug target. Drayman et al . identified eight drugs that target 3CLpro from a library of 1900 clinically safe drugs. Because of the challenge of working with SARS-CoV-2, they started by screening for drugs that inhibit the replication of a human coronavirus that causes the common cold. They then evaluated the top hits for inhibiting SARS-CoV-2 replication and for inhibiting 3CLpro. Masitinib, a broad antiviral, inhibited the main proteases of coronaviruses and picornaviruses and was effective in reducing SARS-CoV-2 replication in mice. —VV

There is an urgent need for anti-viral agents that treat SARS-CoV-2 infection. The shortest path to clinical use is repurposing of drugs that have an established safety profile in humans. Here, we first screened a library of 1,900 clinically safe drugs for inhibiting replication of OC43, a human beta-coronavirus that causes the common-cold and is a relative of SARS-CoV-2, and identified 108 effective drugs. We further evaluated the top 26 hits and determined their ability to inhibit SARS-CoV-2, as well as other pathogenic RNA viruses. 20 of the 26 drugs significantly inhibited SARS-CoV-2 replication in human lung cells (A549 epithelial cell line), with EC50 values ranging from 0.1 to 8 micromolar. We investigated the mechanism of action for these and found that masitinib, a drug originally developed as a tyrosine-kinase inhibitor for cancer treatment, strongly inhibited the activity of the SARS-CoV-2 main protease 3CLpro. X-ray crystallography revealed that masitinib directly binds to the active site of 3CLpro, thereby blocking its enzymatic activity. Mastinib also inhibited the related viral protease of picornaviruses and blocked picornaviruses replication. Thus, our results show that masitinib has broad anti-viral activity against two distinct beta-coronaviruses and multiple picornaviruses that cause human disease and is a strong candidate for clinical trials to treat SARS-CoV-2 infection.

ABSTRACT Survival in high-risk pediatric neuroblastoma has remained around 50% for the last 20 years, with immunotherapies and targeted therapies having had minimal impact. Here, we identify the small molecule CX-5461 as selectively cytotoxic to high-risk neuroblastoma and synergistic with low picomolar concentrations of topoisomerase I inhibitors improving survival in vivo in orthotopic patient-derived xenograft neuroblastoma mouse models. CX-5461 recently progressed through phase I clinical trial as a first-in-human inhibitor of RNA-POL I. However, we also use a comprehensive panel of in vitro and in vivo assays to demonstrate that CX-5461 has been mischaracterized and that its primary target at pharmacologically relevant concentrations, is in fact topoisomerase II beta ( TOP2B ), not RNA-POL I. These findings are important because existing clinically approved chemotherapeutics have well-documented off-target interactions with TOP2B, which have previously been shown to cause both therapy-induced leukemia and cardiotoxicity—often-fatal adverse events, which can emerge several years after treatment. Thus, while we show that combination therapies involving CX-5461 have promising anti-tumor activity in vivo in neuroblastoma, our identification of TOP2B as the primary target of CX-5461 indicates unexpected safety concerns that should be examined in ongoing phase II clinical trials in adult patients before pursuing clinical studies in children.

Trinucleotide repeat (TNR) expansions in the genome cause a number of degenerative diseases. A prominent TNR expansion involves the triplet CAG in the huntingtin (HTT) gene responsible for Huntington's disease (HD). Pathology is caused by protein and RNA generated from the TNR regions including small siRNA-sized repeat fragments. An inverse correlation between the length of the repeats in HTT and cancer incidence has been reported for HD patients. We now show that siRNAs based on the CAG TNR are toxic to cancer cells by targeting genes that contain long reverse complimentary TNRs in their open reading frames. Of the 60 siRNAs based on the different TNRs, the 6 members in the CAG/CUG family of related TNRs are the most toxic to both human and mouse cancer cells. siCAG/CUG TNR-based siRNAs induce cell death in vitro in all tested cancer cell lines and slow down tumor growth in a preclinical mouse model of ovarian cancer with no signs of toxicity to the mice. We propose to explore TNR-based siRNAs as a novel form of anti-cancer reagents.

Micro(mi)RNAs are short double stranded noncoding RNAs (19-23nts) that regulate gene expression by suppressing mRNAs through RNA interference. Targeting is determined by the seed sequence (position 2-7/8) of the mature miRNA. A minimal G-rich seed of just 6 nucleotides is highly toxic to cells by targeting genes essential for cell survival. A screen of 215 miRNAs encoded by 17 human pathogenic viruses (v-miRNAs) now suggests that a number of v-miRNAs can kill cells through a G-rich 6mer sequence embedded in their seed. Specifically, we demonstrate that miR-K12-6-5p, an oncoviral mimic of the tumor suppressive miR-15/16 family encoded by human Kaposi's sarcoma-associated herpes virus, harbors a noncanonical toxic 6mer seed (position 3-8) and that v-miRNAs are more likely than cellular miRNAs to utilize a noncanonical 6mer seed. Our data suggest that during evolution viruses evolved to use 6mer seed toxicity to kill cells.

Abstract The goal of the study was to identify genes whose aberrant expression can contribute to diabetic retinopathy. We determined differential gene expression in response to high glucose in lymphoblastoid cell lines derived from matched individuals with type 1 diabetes (T1D) with and without retinopathy. Those genes exhibiting the largest difference in glucose response between individuals with diabetes with and without retinopathy were assessed for association to diabetic retinopathy utilizing genotype data from a genome-wide association study meta-analysis. All genetic variants associated with gene expression (expression Quantitative Trait Loci, eQTLs) of the glucose response genes were tested for association with diabetic retinopathy. We detected an enrichment of the eQTLs from the glucose response genes among small association p-values and identified folliculin ( FLCN ) as a susceptibility gene for diabetic retinopathy. We show that expression of FLCN in response to glucose was greater in individuals with diabetic retinopathy compared to individuals with diabetes without retinopathy. Three large, independent cohorts of individuals with diabetes revealed an association of FLCN eQTLs to diabetic retinopathy. Mendelian randomization further confirmed a direct positive effect of increased FLCN expression on retinopathy in individuals with diabetes. Together, our studies integrating genetic association and gene expression implicate FLCN as a disease gene for diabetic retinopathy.

Many small interfering (si)RNAs are toxic to cancer cells through a 6mer seed sequence (position 2-7 of the guide strand). A siRNA screen with all 4096 possible 6mer seed sequences in a neutral siRNA backbone revealed a preference for guanine in positions 1 and 2 and a high overall G or C content in the seed of the most toxic siRNAs for four tested human and mouse cell lines. Toxicity of these siRNAs stems from targeting survival genes with C-rich 3'UTRs. The master tumor suppressor miRNA miR-34a-5p is toxic through such a G-rich 6mer seed and is upregulated in cells subjected to genotoxic stress. In the absence of most canonical miRNAs, a modified highly toxic form of miR-320a-3p is induced. An analysis of all mature miRNAs suggests that during evolution most miRNAs evolved to avoid guanine at the 5' end of the 6mer seed sequence of the guide strand. In contrast, for certain tumor suppressive miRNAs the guide strand contains a G-rich toxic 6mer seed, presumably to eliminate cancer cells.