Abstract The σ 2 receptor is a poorly understood transmembrane receptor that has attracted intense interest in many areas of biology including cancer imaging, Alzheimer’s disease, schizophrenia, and neuropathic pain. However, little is known regarding the molecular details of the receptor, and few highly selective ligands are available. Here, we report the crystal structure of the σ 2 receptor in complex with the clinical drug candidate roluperidone and the probe compound PB28. These structures, in turn, templated a large-scale docking screen of 490 million make-on-demand molecules. Of these, 484 compounds were synthesized and tested, prioritizing not only high-ranking docked molecules, but also those with mediocre and poor scores. Overall, 127 compounds with binding affinities superior to 1 μM were identified, all in new chemotypes, 31 of which had affinities superior to 50 nM. Intriguingly, hit rate fell smoothly and monotonically with docking score. Seeking to develop selective and biologically active probe molecules, we optimized three of the original docking hits for potency and for selectivity, achieving affinities in the 3 to 48 nM range and to up to 250-fold selectivity vs. the σ 1 receptor. Crystal structures of the newly discovered ligands bound to the σ 2 receptor were subsequently determined, confirming the docked poses. To investigate the contribution of the σ 2 receptor in pain processing, and to distinguish it from the contribution of the σ 1 receptor, two potent σ 2 -selective and one potent σ 1 /σ 2 non-selective ligand were tested for efficacy in a mouse model of neuropathic pain. All three ligands demonstrated timedependent decreases in mechanical hypersensitivity in the spared nerve injury model, supporting a role for the σ 2 receptor in nociception, and a possible role for σ 1 /σ 2 polypharmacology. This study illustrates the opportunities for rapid discovery of in vivo active and selective probes to study under-explored areas of biology using structurebased screens of diverse, ultra-large libraries following the elucidation of protein structures.

Repurposing drugs as treatments for COVID-19 has drawn much attention. A common strategy has been to screen for established drugs, typically developed for other indications, that are antiviral in cells or organisms. Intriguingly, most of the drugs that have emerged from these campaigns, though diverse in structure, share a common physical property: cationic amphiphilicity. Provoked by the similarity of these repurposed drugs to those inducing phospholipidosis, a well-known drug side effect, we investigated phospholipidosis as a mechanism for antiviral activity. We tested 23 cationic amphiphilic drugs-including those from phenotypic screens and others that we ourselves had found-for induction of phospholipidosis in cell culture. We found that most of the repurposed drugs, which included hydroxychloroquine, azithromycin, amiodarone, and four others that have already progressed to clinical trials, induced phospholipidosis in the same concentration range as their antiviral activity; indeed, there was a strong monotonic correlation between antiviral efficacy and the magnitude of the phospholipidosis. Conversely, drugs active against the same targets that did not induce phospholipidosis were not antiviral. Phospholipidosis depends on the gross physical properties of drugs, and does not reflect specific target-based activities, rather it may be considered a confound in early drug discovery. Understanding its role in infection, and detecting its effects rapidly, will allow the community to better distinguish between drugs and lead compounds that more directly impact COVID-19 from the large proportion of molecules that manifest this confounding effect, saving much time, effort and cost.

Summary Despite significant interest in therapeutic targeting of splicing, few chemical probes are available for the proteins involved in splicing. Here, we show that elaborated stereoisomeric acrylamide chemical probe EV96 and its analogues lead to a selective T cell state-dependent loss of interleukin 2-inducible T cell kinase (ITK) by targeting one of the core splicing factors SF3B1. Mechanistic investigations suggest that the state-dependency stems from a combination of differential protein turnover rates and availability of functional mRNA pools that can be depleted due to extensive alternative splicing. We further introduce a comprehensive list of proteins involved in splicing and leverage both cysteine- and protein-directed activity-based protein profiling (ABPP) data with electrophilic scout fragments to demonstrate covalent ligandability for many classes of splicing factors and splicing regulators in primary human T cells. Taken together, our findings show how chemical perturbation of splicing can lead to immune state-dependent changes in protein expression and provide evidence for the broad potential to target splicing factors with covalent chemistry.

Abstract Antiviral therapeutics to treat SARS-CoV-2 are much desired for the on-going pandemic. A well-precedented viral enzyme is the main protease (MPro), which is now targeted by an approved drug and by several investigational drugs. With the inevitable liabilities of these new drugs, and facing viral resistance, there remains a call for new chemical scaffolds against MPro. We virtually docked 1.2 billion non-covalent and a new library of 6.5 million electrophilic molecules against the enzyme structure. From these, 29 non-covalent and 11 covalent inhibitors were identified in 37 series, the most potent having an IC 50 of 29 μM and 20 μM, respectively. Several series were optimized, resulting in inhibitors active in the low micromolar range. Subsequent crystallography confirmed the docking predicted binding modes and may template further optimization. Together, these compounds reveal new chemotypes to aid in further discovery of MPro inhibitors for SARS-CoV-2 and other future coronaviruses.

Abstract Drugs acting as positive allosteric modulators (PAMs) to enhance the activation of the calcium sensing receptor (CaSR) and to suppress parathyroid hormone (PTH) secretion can treat hyperparathyroidism but suffer from side effects including hypocalcemia and arrhythmias. Seeking new CaSR modulators, we docked libraries of 2.7 million and 1.2 billion molecules against transforming pockets in the active-state receptor dimer structure. Consistent with simulations suggesting that docking improves with library size, billion-molecule docking found new PAMs with a hit rate that was 2.7-fold higher than the million-molecule library and with hits up to 37-fold more potent. Structure-based optimization of ligands from both campaigns led to nanomolar leads, one of which was advanced to animal testing. This PAM displays 100-fold the potency of the standard of care, cinacalcet, in ex vivo organ assays, and reduces serum PTH levels in mice by up to 80% without the hypocalcemia typical of CaSR drugs. Cryo-EM structures with the new PAMs show that they induce residue rearrangements in the binding pockets and promote CaSR dimer conformations that are closer to the G-protein coupled state compared to established drugs. These findings highlight the promise of large library docking for therapeutic leads, especially when combined with experimental structure determination and mechanism. One sentence summary Structure-based virtual screening uncovers novel CaSR allosteric modulators with enhanced efficacy and less side effects.