Summary The COVID-19 pandemic has emerged as the biggest life-threatening disease of this century. Whilst vaccination should provide a long-term solution, this is pitted against the constant threat of mutations in the virus rendering the current vaccines less effective. Consequently, small molecule antiviral agents would be extremely useful to complement the vaccination program. The causative agent of COVID-19 is a novel coronavirus, SARS-CoV-2, which encodes at least nine enzymatic activities that all have drug targeting potential. The papain-like protease (PLpro) contained in the nsp3 protein generates viral non-structural proteins from a polyprotein precursor, and cleaves ubiquitin and ISG protein conjugates. Here we describe the expression and purification of PLpro. We developed a protease assay that was used to screen a custom chemical library from which we identified Dihydrotanshinone I and Ro 08-2750 as compounds that inhibit PLpro in protease and isopeptidase assays and also inhibit viral replication in cell culture-based assays.

Summary The COVID-19 pandemic has presented itself as one of the most critical public health challenges of the century, with SARS-CoV-2 being the third member of the Coronaviridae family to cause fatal disease in humans. There is currently only one antiviral compound, remdesivir, that can be used for the treatment of COVID-19. In order to identify additional potential therapeutics, we investigated the enzymatic proteins encoded in the SARS-CoV-2 genome. In this study, we focussed on the viral RNA cap methyltransferases, which play a key role in enabling viral protein translation and facilitating viral escape from the immune system. We expressed and purified both the guanine-N7 methyltransferase nsp14, and the nsp16 2’-O-methyltransferase with its activating cofactor, nsp10. We performed an in vitro high-throughput screen for inhibitors of nsp14 using a custom compound library of over 5,000 pharmaceutical compounds that have previously been characterised in either clinical or basic research. We identified 4 compounds as potential inhibitors of nsp14, all of which also show antiviral capacity in a cell based model of SARS-CoV-2 infection. Three of the 4 compounds also exhibited synergistic effects on viral replication with remdesivir.

Eukaryotic DNA replication initiates from multiple genomic loci known as origins. At budding yeast origins like ARS1, a double hexamer (DH) of the MCM replicative helicase is assembled by Origin Recognition Complex (ORC), Cdc6 and Cdt1 via sequential hexamer loading from two opposed ORC binding sites. Cyclin Dependent Kinase (CDK) inhibits DH assembly, which prevents re-replication by restricting helicase loading to G1 phase. Here we show that an intrinsically disordered region (IDR) in the Orc2 subunit promotes interaction between ORC and the first loaded, closed-ring MCM hexamer (the MO intermediate); CDK phosphorylation of this IDR blocks MO formation and DH assembly. We show that MO functions by stabilising ORC at the lower affinity binding sites required for second hexamer loading. Origins comprising two high affinity ORC sites can assemble DH efficiently without MO by independently loading single hexamers; these origins escape CDK inhibition in vitro and in vivo. Our work reveals mechanistic plasticity in MCM loading with implications for understanding how CDK regulation has shaped yeast origin evolution and how natural origins might escape cell cycle regulation. We also identify key steps common to loading pathways, with implications for understanding how MCM is loaded in other eukaryotes.

Summary The coronavirus 2019 (COVID-19) pandemic, caused by the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), spread around the world with unprecedented health and socio-economic effects for the global population. While different vaccines are now being made available, very few antiviral drugs have been approved. The main viral protease (nsp5) of SARS-CoV-2 provides an excellent target for antivirals, due to its essential and conserved function in the viral replication cycle. We have expressed, purified and developed assays for nsp5 protease activity. We screened the nsp5 protease against a custom chemical library of over 5,000 characterised pharmaceuticals. We identified calpain inhibitor I and three different peptidyl fluoromethylketones (FMK) as inhibitors of nsp5 activity in vitro , with IC 50 values in the low micromolar range. By altering the sequence of our peptidomimetic FMK inhibitors to better mimic the substrate sequence of nsp5, we generated an inhibitor with a subnanomolar IC 50 . Calpain inhibitor I inhibited viral infection in monkey-derived Vero E6 cells, with an EC50 in the low micromolar range. The most potent and commercially available peptidyl-FMK compound inhibited viral growth in Vero E6 cells to some extent, while our custom peptidyl FMK inhibitor offered a marked antiviral improvement.