Abstract Nanobodies are emerging as critical tools for drug design. Several have been recently created to serve as inhibitors of SARS-Cov-2 entry in the host cell by targeting surface-exposed Spike protein. However, due to the high frequency of mutations that affect Spike, these nanobodies may not target it to their full potential and as a consequence, inhibition of viral entry may not be efficient. Here we have established a pipeline that instead targets highly conserved viral proteins that are made only after viral entry into the host cell when the SARS-Cov-2 RNA-based genome is translated. As proof of principle, we designed nanobodies against the SARS-CoV-2 non-structural protein Nsp9, required for viral genome replication. To find out if this strategy efficiently blocks viral replication, one of these anti-Nsp9 nanobodies, 2NSP23, previously characterized using immunoassays and NMR spectroscopy for epitope mapping, was encapsulated into lipid nanoparticles (LNP) as mRNA. We show that this nanobody, hereby referred to as LNP-mRNA- 2NSP23, is internalized and translated in HEK293 cells. We next infected HEK293-ACE2 cells with multiple SARS-CoV-2 variants and subjected them to LNP-mRNA-2NSP23 treatment. Analysis of total RNA isolated from infected cells treated or untreated with LNP-mRNA-2NSP23 using qPCR and RNA deep sequencing shows that the LNP-mRNA-2NSP23 nanobody protects HEK293-ACE2 cells and suppresses replication of several SARS-CoV-2 variants. These observations indicate that following translation, the nanobody 2NSP23 inhibits viral replication by targeting Nsp9 in living cells. We speculate that LNP-mRNA-2NSP23 may be translated into an innovative technology to generate novel antiviral drugs highly efficient across coronaviruses.

ABSTRACT Enzymatic pockets such as those of histone deacetylases (HDACs) are among the most favored targets for drug development. However, enzymatic inhibitors often exhibit low selectivity and high toxicity due to targeting multiple enzyme paralogs, which are often involved in distinct multisubunit complexes. Here, we report the discovery and characterization of a non-enzymatic small molecule inhibitor of HDAC transcriptional repression functions with comparable anti-tumor activity to the enzymatic HDAC inhibitor Vorinostat, and anti-psychedelic activity of an HDAC2 knockout in vivo . We highlight that these phenotypes are achieved while modulating the expression of 20- and 80-fold fewer genes than enzymatic and genetic inhibition in the respective models. Thus, by achieving the same biological outcomes as established therapeutics while impacting a dramatically smaller number of genes, inhibitors of protein-protein interactions can offer important advantages in improving the selectivity of epigenetic modulators. GRAPHICAL ABSTRACT

Nanobodies are emerging as critical tools for drug design. Several have been recently created to serve as inhibitors of severe acute respiratory syndrome coronavirus s (SARS-CoV-2) entry in the host cell by targeting surface-exposed spike protein. Here we have established a pipeline that instead targets highly conserved viral proteins made only after viral entry into the host cell when the SARS-CoV-2 RNA-based genome is translated. As proof of principle, we designed nanobodies against the SARS-CoV-2 non-structural protein (Nsp)9, which is required for viral genome replication. One of these anti-Nsp9 nanobodies, 2NSP23, previously characterized using immunoassays and nuclear magnetic resonance spectroscopy for epitope mapping, was expressed and found to block SARS-CoV-2 replication specifically. We next encapsulated 2NSP23 nanobody into lipid nanoparticles (LNPs) as mRNA. We show that this nanobody, hereby referred to as LNP-mRNA-2NSP23, is internalized and translated in cells and suppresses multiple SARS-CoV-2 variants, as seen by qPCR and RNA deep sequencing. These results are corroborated in three-dimensional reconstituted human epithelium kept at air-liquid interface to mimic the outer surface of lung tissue. These observations indicate that LNP-mRNA-2NSP23 is internalized and, after translation, it inhibits viral replication by targeting Nsp9 in living cells. We speculate that LNP-mRNA-2NSP23 may be translated into an innovative strategy to generate novel antiviral drugs highly efficient across coronaviruses.

ABSTRACT Protein-protein interactions (PPIs) offer great opportunities to expand the druggable proteome and therapeutically tackle various diseases, but remain challenging targets for drug discovery. Here, we provide a comprehensive pipeline that combines experimental and computational tools to identify and validate PPI targets and perform early-stage drug discovery. We have developed a machine learning approach that prioritizes interactions by analyzing quantitative data from binary PPI assays and AlphaFold-Multimer predictions. Using the quantitative assay LuTHy together with our machine learning algorithm, we identified high-confidence interactions among SARS-CoV-2 proteins for which we predicted three-dimensional structures using AlphaFold Multimer. We employed VirtualFlow to target the contact interface of the NSP10-NSP16 SARS-CoV-2 methyltransferase complex by ultra-large virtual drug screening. Thereby, we identified a compound that binds to NSP10 and inhibits its interaction with NSP16, while also disrupting the methyltransferase activity of the complex, and SARS-CoV-2 replication. Overall, this pipeline will help to prioritize PPI targets to accelerate the discovery of early-stage drug candidates targeting protein complexes and pathways.

ABSTRACT Human T-cell leukemia virus type-1 (HTLV-1) is the causative agent of adult T-cell leukemia (ATL). Although ATL is a well-characterized T-cell neoplasm, linked to intermittent expression of the viral Tax-1 protein, there is currently no strategy to target Tax-1 functions using small molecules. Here, we report a comprehensive interaction map between Tax-1 and human PDZ domain-containing proteins (hPDZome). We show that Tax-1 interacts with more than one-third of hPDZome components, including proteins involved in cell cycle, cell-cell junctions, cytoskeleton organization, and membrane complex assembly. Using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, we have determined the structural basis of the interaction between the C -terminal PDZ binding motif (PBM) of Tax-1, and the PDZ domains of syntenin-1, an evolutionary conserved hub that controls exosome trafficking. Finally, we have used confocal imaging, molecular modelling, NMR and mammalian cell-based assays to demonstrate that the Tax-1/syntenin-1 interaction is amenable to small-molecule inhibition. Altogether, our study highlights the biological significance of Tax-PDZ interactome and its interplay with exosome formation. It shows a direct link between extracellular vesicles and HTLV-1 transmission, providing a novel framework for the design of targeted therapies for HTLV-1-induced diseases.