In 1982, Kuntz et al. published an article with the title “A Geometric Approach to Macromolecule-Ligand Interactions”, where they described a method “to explore geometrically feasible alignment of ligands and receptors of known structure”. Since then, small molecule docking has been employed as a fast way to estimate the binding pose of a given compound within a specific target protein and also to predict binding affinity. Remarkably, the first docking method suggested by Kuntz and colleagues aimed to predict binding poses but very little was specified about binding affinity. This raises the question as to whether docking is the right tool to estimate binding affinity. The short answer is no, and this has been concluded in several comprehensive analyses. However, in this opinion paper we discuss several critical aspects that need to be reconsidered before a reliable binding affinity prediction through docking is realistic. These are not the only issues that need to be considered, but they are perhaps the most critical ones. We also consider that in spite of the huge efforts to enhance scoring functions, the accuracy of binding affinity predictions is perhaps only as good as it was 10–20 years ago. There are several underlying reasons for this poor performance and these are analyzed. In particular, we focus on the role of the solvent (water), the poor description of H-bonding and the lack of the systems’ true dynamics. We hope to provide readers with potential insights and tools to overcome the challenging issues related to binding affinity prediction via docking.

The worldwide COVID-19 pandemic caused by the coronavirus SARS-CoV-2 urgently demands novel direct antiviral treatments. The main protease (Mpro) and papain-like protease (PLpro) are attractive drug targets among coronaviruses due to their essential role in processing the polyproteins translated from the viral RNA. In the present work, we virtually screened 688 naphthoquinoidal compounds and derivatives against Mpro of SARS-CoV-2. Twenty-four derivatives were selected and evaluated in biochemical assays against Mpro using a novel fluorogenic substrate. In parallel, these compounds were also assayed with SARS-CoV-2 PLpro. Four compounds inhibited Mpro with half-maximal inhibitory concentration (IC 50 ) values between 0.41 µM and 66 µM. In addition, eight compounds inhibited PLpro with IC 50 ranging from 1.7 µM to 46 µM. Molecular dynamics simulations suggest stable binding modes for Mpro inhibitors with frequent interactions with residues in the S1 and S2 pockets of the active site. For two PLpro inhibitors, interactions occur in the S3 and S4 pockets. In summary, our structure-based computational and biochemical approach identified novel naphthoquinonal scaffolds that can be further explored as SARS-CoV-2 antivirals.

The oxindole scaffold has been the center of several kinase drug discovery programs, some of which have led to approved medicines. A series of two oxindole matched pairs from the literature were identified where TLK2 was a potent off-target kinase. The oxindole has long been considered a promiscuous inhibitor template, but across these 4 specific literature oxindoles TLK2 activity was consistent, while the kinome profile was radically different from narrow to broad spectrum coverage. We synthesized a large series of analogues and through quantitative structure-activity relationship (QSAR) analysis, water mapping of the kinase ATP binding sites, small-molecule x-ray structural analysis and kinome profiling, narrow spectrum, sub-family selective, chemical tool compounds were identified to enable elucidation of TLK2 biology.

ABSTRACT Salt-inducible kinases (SIKs) are key metabolic regulators. Imbalance of SIK function is associated with the development of diverse cancers, including breast, gastric and ovarian cancer. Chemical tools to clarify the roles of SIK in different diseases are, however, sparse and are generally characterized by poor kinome-wide selectivity. Here, we have adapted the pyrido[2,3- d ]pyrimidin-7-one-based PAK inhibitor G-5555 for the targeting of SIK, by exploiting differences in the back-pocket region of these kinases. Optimization was supported by high-resolution crystal structures of G-5555 bound to the known off-targets MST3 and MST4, leading to a chemical probe, MRIA9, with dual SIK/PAK activity and excellent selectivity over other kinases. Furthermore, we show that MRIA9 sensitizes ovarian cancer cells to treatment with the mitotic agent paclitaxel, confirming earlier data from genetic knockdown studies and suggesting a combination therapy with SIK inhibitors and paclitaxel for the treatment of paclitaxel-resistant ovarian cancer.

BACKGROUND: Cardiac hypertrophy is characterized by remodeling of the myocardium, which involves alterations in the ECM (extracellular matrix) and cardiomyocyte structure. These alterations critically contribute to impaired contractility and relaxation, ultimately leading to heart failure. Emerging evidence implicates that extracellular signaling molecules are critically involved in the pathogenesis of cardiac hypertrophy and remodeling. The immunophilin CyPA (cyclophilin A) has been identified as a potential culprit. In this study, we aimed to unravel the interplay between eCyPA (extracellular CyPA) and myocardial dysfunction and evaluate the therapeutic potential of inhibiting its extracellular accumulation to improve heart function. METHODS: Employing a multidisciplinary approach encompassing in silico, in vitro, in vivo, and ex vivo experiments we studied a mouse model of cardiac hypertrophy and human heart specimen to decipher the interaction of CyPA and the cardiac microenvironment in highly relevant pre-/clinical settings. Myocardial expression of CyPA (immunohistology) and the inflammatory transcriptome (NanoString) was analyzed in human cardiac tissue derived from patients with nonischemic, noninflammatory congestive heart failure (n=187). These analyses were paralleled by a mouse model of Ang (angiotensin) II–induced heart failure, which was assessed by functional (echocardiography), structural (immunohistology, atomic force microscopy), and biomolecular (Raman spectroscopy) analyses. The effect of inhibiting eCyPA in the cardiac microenvironment was evaluated using a newly developed neutralizing anti-eCyPA monoclonal antibody. RESULTS: We observed a significant accumulation of eCyPA in both human and murine-failing hearts. Importantly, higher eCyPA expression was associated with poor clinical outcomes in patients ( P =0.043) and contractile dysfunction in mice (Pearson correlation coefficient, −0.73). Further, myocardial expression of eCyPA was critically associated with an increase in myocardial hypertrophy, inflammation, fibrosis, stiffness, and cardiac dysfunction in vivo. Antibody-based inhibition of eCyPA prevented (Ang II)-induced myocardial remodeling and dysfunction in mice. CONCLUSIONS: Our study provides strong evidence of the pathogenic role of eCyPA in remodeling, myocardial stiffening, and dysfunction in heart failure. The findings suggest that antibody-based inhibition of eCyPA may offer a novel therapeutic strategy for nonischemic heart failure. Further research is needed to evaluate the translational potential of these interventions in human patients with cardiac hypertrophy.

Water networks within kinase inhibitor design and more widely within drug discovery are generally poorly understood. The successful targeting of these networks prospectively has great promise for all facets of inhibitor design, including potency and selectivity on target. Here we describe the design and testing of a targeted library of 4-anilinoquinolines for use as inhibitors of the cyclin G associated kinase (GAK). The GAK cellular target engagement assays, ATP binding site modelling and extensive water mapping provide a clear route to access potent inhibitors for GAK and beyond.

The 4-anilino-quinoline and 4-anilino-quinazoline ring systems have been the focus of significant efforts in prior kinase drug discovery programs, which have led to approved medicines. Broad kinome profiles of these compounds have now been assessed with the advent of advanced screening technologies. These ring systems while, originally designed for specific targets including epidermal growth factor receptor (EGFR), actually display a number of potent collateral kinase targets, some of which have been associated with negative clinical outcomes. We have designed and synthesized a series of 4-anilino-quin(az)olines in order to better understand the structure activity relationships of three main collateral kinase targets of quin(az)oline-based kinase inhibitors: cyclin G associated kinase (GAK), STE20-like serine/threonine-protein kinase (SLK) and Serine/threonine-protein kinase 10 (STK10) through a series of quantitative structure activity relationship (QSAR) analysis and water mapping of the kinase ATP binding sites.

In search for broad-spectrum antivirals, we discovered a small molecule inhibitor, RMC-113, that potently suppresses the replication of multiple RNA viruses including SARS-CoV-2 in human lung organoids. We demonstrated selective dual inhibition of the lipid kinases PIP4K2C and PIKfyve by RMC-113 and target engagement by its clickable analog. Advanced lipidomics revealed alteration of SARS-CoV-2-induced phosphoinositide signature by RMC-113 and linked its antiviral effect with functional PIP4K2C and PIKfyve inhibition. We discovered PIP4K2C's roles in SARS-CoV-2 entry, RNA replication, and assembly/egress, validating it as a druggable antiviral target. Integrating proteomics, single-cell transcriptomics, and functional assays revealed that PIP4K2C binds SARS-CoV-2 nonstructural protein 6 and regulates virus-induced impairment of autophagic flux. Reversing this autophagic flux impairment is a mechanism of antiviral action of RMC-113. These findings reveal virus-induced autophagy regulation via PIP4K2C, an understudied kinase, and propose dual inhibition of PIP4K2C and PIKfyve as a candidate strategy to combat emerging viruses.

ABSTRACT Quorum sensing is being investigated as an alternative therapeutic strategy in antibacterial drug discovery to combat bacterial resistance. LsrK is an autoinducer-2 kinase, playing a key role in the phosphorylation of autoinducer-2 (AI-2) signalling molecules involved in quorum sensing. Inhibiting LsrK could result in reduced pathogenicity by interfering with the quorum sensing signalling. Previously, we have generated homology models to identify LsrK inhibitors using structure-based virtual screening and successfully found the first class of LsrK inhibitors. While conducting these studies, the crystal structure of LsrK was released providing us an opportunity to inspect the reliability and quality of our models. Structural analysis of crystal structure and homology models revealed the consistencies of constructed models with crystal structure in the structural fold and binding site. Further, binding characteristics and conformational changes are investigated using molecular dynamics. These simulations provided us insights into the protein function and flexibility that need to be considered during the structure-based drug design studies targeting LsrK.