Broad-spectrum antiviral GS-5734 inhibits both epidemic and zoonotic coronaviruses in vitro and in vivo.

The discovery is reported of a small molecule drug, GS-5734, which has antiviral activity against Ebola virus and other filoviruses, and is capable of providing post-exposure therapeutic protection against lethal disease in 100% of drug-treated nonhuman primates infected with Ebola virus; the drug targets viral RNA polymerase and can distribute to sanctuary sites (such as testes, eyes and brain), suggesting that it may be able to clear persistent virus infection. These authors report the discovery of a small-molecule drug, GS-5734, which has antiviral activity against Ebola and other filoviruses, and is capable of providing post-exposure protection against Ebola virus in 100% of infected macaques tested. Now in clinical trials ( http://go.nature.com/PEW2Oi ), the drug targets the viral RNA-dependent RNA polymerase and is readily scalable for future outbreaks. GS-5734 is able to distribute to sanctuary sites for viral replication including the testes, eye and brain, offering the hope that this drug may also be able to clear recrudescent and persistent virus infection. The most recent Ebola virus outbreak in West Africa, which was unprecedented in the number of cases and fatalities, geographic distribution, and number of nations affected, highlights the need for safe, effective, and readily available antiviral agents for treatment and prevention of acute Ebola virus (EBOV) disease (EVD) or sequelae1. No antiviral therapeutics have yet received regulatory approval or demonstrated clinical efficacy. Here we report the discovery of a novel small molecule GS-5734, a monophosphoramidate prodrug of an adenosine analogue, with antiviral activity against EBOV. GS-5734 exhibits antiviral activity against multiple variants of EBOV and other filoviruses in cell-based assays. The pharmacologically active nucleoside triphosphate (NTP) is efficiently formed in multiple human cell types incubated with GS-5734 in vitro, and the NTP acts as an alternative substrate and RNA-chain terminator in primer-extension assays using a surrogate respiratory syncytial virus RNA polymerase. Intravenous administration of GS-5734 to nonhuman primates resulted in persistent NTP levels in peripheral blood mononuclear cells (half-life, 14 h) and distribution to sanctuary sites for viral replication including testes, eyes, and brain. In a rhesus monkey model of EVD, once-daily intravenous administration of 10 mg kg−1 GS-5734 for 12 days resulted in profound suppression of EBOV replication and protected 100% of EBOV-infected animals against lethal disease, ameliorating clinical disease signs and pathophysiological markers, even when treatments were initiated three days after virus exposure when systemic viral RNA was detected in two out of six treated animals. These results show the first substantive post-exposure protection by a small-molecule antiviral compound against EBOV in nonhuman primates. The broad-spectrum antiviral activity of GS-5734 in vitro against other pathogenic RNA viruses, including filoviruses, arenaviruses, and coronaviruses, suggests the potential for wider medical use. GS-5734 is amenable to large-scale manufacturing, and clinical studies investigating the drug safety and pharmacokinetics are ongoing.

The recent Ebola virus (EBOV) outbreak in West Africa was the largest recorded in history with over 28,000 cases, resulting in >11,000 deaths including >500 healthcare workers. A focused screening and lead optimization effort identified 4b (GS-5734) with anti-EBOV EC50 = 86 nM in macrophages as the clinical candidate. Structure activity relationships established that the 1'-CN group and C-linked nucleobase were critical for optimal anti-EBOV potency and selectivity against host polymerases. A robust diastereoselective synthesis provided sufficient quantities of 4b to enable preclinical efficacy in a non-human-primate EBOV challenge model. Once-daily 10 mg/kg iv treatment on days 3-14 postinfection had a significant effect on viremia and mortality, resulting in 100% survival of infected treated animals [ Nature 2016 , 531 , 381 - 385 ]. A phase 2 study (PREVAIL IV) is currently enrolling and will evaluate the effect of 4b on viral shedding from sanctuary sites in EBOV survivors.

The COVID-19 pandemic remains uncontrolled despite the rapid rollout of safe and effective SARS-CoV-2 vaccines, underscoring the need to develop highly effective antivirals. In the setting of waning immunity from infection and vaccination, breakthrough infections are becoming increasingly common and treatment options remain limited. Additionally, the emergence of SARS-CoV-2 variants of concern with their potential to escape therapeutic monoclonal antibodies emphasizes the need to develop second-generation oral antivirals targeting highly conserved viral proteins that can be rapidly deployed to outpatients. Here, we demonstrate the in vitro antiviral activity and in vivo therapeutic efficacy of GS-621763, an orally bioavailable prodrug of GS-441524, the parental nucleoside of remdesivir, which targets the highly conserved RNA-dependent RNA polymerase. GS-621763 exhibited significant antiviral activity in lung cell lines and two different human primary lung cell culture systems. The dose-proportional pharmacokinetic profile observed after oral administration of GS-621763 translated to dose-dependent antiviral activity in mice infected with SARS-CoV-2. Therapeutic GS-621763 significantly reduced viral load, lung pathology, and improved pulmonary function in COVID-19 mouse model. A direct comparison of GS-621763 with molnupiravir, an oral nucleoside analog antiviral currently in human clinical trial, proved both drugs to be similarly efficacious. These data demonstrate that therapy with oral prodrugs of remdesivir can significantly improve outcomes in SARS-CoV-2 infected mice. Thus, GS-621763 supports the exploration of GS-441524 oral prodrugs for the treatment of COVID-19 in humans.

Despite the wide availability of several safe and effective vaccines that can prevent severe COVID-19 disease, the emergence of SARS-CoV-2 variants of concern (VOC) that can partially evade vaccine immunity remains a global health concern. In addition, the emergence of highly mutated and neutralization-resistant SARS-CoV-2 VOCs such as BA.1 and BA.5 that can partially or fully evade (1) many therapeutic monoclonal antibodies in clinical use underlines the need for additional effective treatment strategies. Here, we characterize the antiviral activity of GS-5245, Obeldesivir (ODV), an oral prodrug of the parent nucleoside GS-441524, which targets the highly conserved RNA-dependent viral RNA polymerase (RdRp). Importantly, we show that GS-5245 is broadly potent in vitro against alphacoronavirus HCoV-NL63, severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV), SARS-CoV-related Bat-CoV RsSHC014, Middle East Respiratory Syndrome coronavirus (MERS-CoV), SARS-CoV-2 WA/1, and the highly transmissible SARS-CoV-2 BA.1 Omicron variant in vitro and highly effective as antiviral therapy in mouse models of SARS-CoV, SARS-CoV-2 (WA/1), MERS-CoV and Bat-CoV RsSHC014 pathogenesis. In all these models of divergent coronaviruses, we observed protection and/or significant reduction of disease metrics such as weight loss, lung viral replication, acute lung injury, and degradation in pulmonary function in GS-5245-treated mice compared to vehicle controls. Finally, we demonstrate that GS-5245 in combination with the main protease (Mpro) inhibitor nirmatrelvir had increased efficacy in vivo against SARS-CoV-2 compared to each single agent. Altogether, our data supports the continuing clinical evaluation of GS-5245 in humans infected with COVID-19, including as part of a combination antiviral therapy, especially in populations with the most urgent need for more efficacious and durable interventions.