ABSTRACT Coronavirus disease-2019 (COVID-19) pandemic caused by the SARS-CoV-2 coronavirus infection is a major global public health concern affecting millions of people worldwide. The scientific community has joint efforts to provide effective and rapid solutions to this disease. Knowing the molecular, transmission and clinical features of this disease is of paramount importance to develop effective therapeutic and diagnostic tools. Here, we provide evidence that SARS-CoV-2 hijacks the glycosylation biosynthetic, ER-stress and UPR machineries for viral replication using a time-resolved (0-48 hours post infection, hpi) total, membrane as well as glycoproteome mapping and orthogonal validation. We found that SARS-CoV-2 induces ER stress and UPR is observed in Vero and Calu-3 cell lines with activation of the PERK-eIF2α-ATF4-CHOP signaling pathway. ER-associated protein upregulation was detected in lung biopsies of COVID-19 patients and associated with survival. At later time points, cell death mechanisms are triggered. The data show that ER stress and UPR pathways are required for SARS-CoV-2 infection, therefore representing a potential target to develop/implement anti-CoVID-19 drugs.

Abstract SARS-CoV-2 papain-like protease (PLpro) covers multiple functions. Beside the cysteine-protease activity, PLpro has the additional and vital function of removing ubiquitin and ISG15 (Interferon-stimulated gene 15) from host-cell proteins to aid coronaviruses in evading the host’s innate immune responses. We established a high-throughput X-ray screening to identify inhibitors by elucidating the native PLpro structure refined to 1.42 Å and performing co-crystallization utilizing a diverse library of selected natural compounds. We identified three phenolic compounds as potential inhibitors. Crystal structures of PLpro inhibitor complexes, obtained to resolutions between 1.7-1.9 Å, show that all three compounds bind at the ISG15/Ub-S2 allosteric binding site, preventing the essential ISG15-PLpro molecular interactions. All compounds demonstrate clear inhibition in a deISGylation assay, two exhibit distinct antiviral activity and one inhibited a cytopathic effect in a non-cytotoxic concentration range. These results highlight the druggability of the rarely explored ISG15/Ub-S2 PLpro allosteric binding site to identify new and effective antiviral compounds. Importantly, in the context of increasing PLpro mutations in the evolving new variants of SARS-CoV-2, the natural compounds we identified may also reinstate the antiviral immune response processes of the host that are down-regulated in COVID-19 infections.

COVID-19 causes more severe and frequently fatal disease in patients with pre-existing comorbidities such as hypertension and heart disease. SARS-CoV-2 virus enters host cells through the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), which is fundamental in maintaining arterial pressure through the renin-angiotensin system (RAS). Hypertensive patients commonly use medications such as angiotensin-converting enzyme inhibitors (ACEi), which can modulate the expression of ACE2 and, therefore, potentially impact the susceptibility and severity of SARS-CoV-2 infection. Here we assessed whether treatment of ACE2-humanized (K18-hACE2) mice with the ACEi Lisinopril affects lung ACE2 levels and the outcome of experimental COVID-19. K18-hACE2 mice were treated for 21 days with Lisinopril 10 mg/kg and were then infected with 10 5 PFU of SARS-CoV-2 (Wuhan strain). Body weight, clinical score, respiratory function, survival, lung ACE2 levels, viral load, lung histology, and cytokine (IL-6, IL-33, and TNF-α) levels were assessed. Mice treated with Lisinopril for 21 days showed increased levels of ACE2 in the lungs. Infection with SARS-CoV-2 led to massive decrease in lung ACE2 levels at 3 days post-infection (dpi) in treated and untreated animals, but Lisinopril-treated mice showed a fast recovery (5dpi) of ACE2 levels. Higher ACE2 levels in Lisinopril-treated mice led to remarkably higher lung viral loads at 3 and 6/7dpi. Lisinopril-treated mice showed decreased levels of the pro-inflammatory cytokines IL-6 and TNF-α in the serum and lungs at 6/7dpi. Marginal improvements in body weight, clinical score and survival were observed in Lisinopril-treated mice. No differences between treated and untreated infected mice were observed in respiratory function and lung histology. Lisinopril treatment showed both deleterious (higher viral loads) and beneficial (anti-inflammatory and probably anti-constrictory and anti-coagulant) effects in experimental COVID-19. These effects seem to compensate each other, resulting in marginal beneficial effects in terms of outcome for Lisinopril-treated animals.