The 3C-like protease (3CLpro) of SARS-coronavirus mediates the proteolytic processing of replicase polypeptides 1a and 1ab into functional proteins, becoming an important target for the drug development. In this study, Isatis indigotica root extract, five major compounds of I. indigotica root, and seven plant-derived phenolic compounds were tested for anti-SARS-CoV 3CLpro effects using cell-free and cell-based cleavage assays. Cleavage assays with the 3CLpro demonstrated that IC50 values were in micromolar ranges for I. indigotica root extract, indigo, sinigrin, aloe emodin and hesperetin. Sinigrin (IC50: 217 μM) was more efficient in blocking the cleavage processing of the 3CLpro than indigo (IC50: 752 μM) and beta-sitosterol (IC50: 1210 μM) in the cell-based assay. Only two phenolic compounds aloe emodin and hesperetin dose-dependently inhibited cleavage activity of the 3CLpro, in which the IC50 was 366 μM for aloe emodin and 8.3 μM for hesperetin in the cell-based assay.

Abstract Background It is essential to subculture the cells once cultured cells reach confluence. For this, trypsin is frequently applied to dissociate adhesive cells from the substratum. However, due to the proteolytic activity of trypsin, cell surface proteins are often cleaved, which leads to dysregulation of the cell functions. Methods In this study, a triplicate 2D-DIGE strategy has been performed to monitor trypsin-induced proteome alterations. The differentially expressed spots were identified by MALDI-TOF MS and validated by immunoblotting. Results 36 proteins are found to be differentially expressed in cells treated with trypsin, and proteins that are known to regulate cell metabolism, growth regulation, mitochondrial electron transportation and cell adhesion are down-regulated and proteins that regulate cell apoptosis are up-regulated after trypsin treatment. Further study shows that bcl-2 is down-regulated, p53 and p21 are both up-regulated after trypsinization. Conclusions In summary, this is the first report that uses the proteomic approach to thoroughly study trypsin-induced cell physiological changes and provides researchers in carrying out their experimental design.

Abstract The high mutation rate of COVID-19 and the prevalence of multiple variants strongly support the need for pharmacological options to complement vaccine strategies. One region that appears highly conserved among different genus of coronaviruses is the substrate binding site of the main protease (M pro or 3CL pro ), making it an attractive target for the development of broad-spectrum drugs for multiple coronaviruses. PF-07321332 developed by Pfizer is the first orally administered inhibitor targeting the main protease of SARS-CoV-2, which also has shown potency against other coronaviruses. Here we report three crystal structures of main protease of SARS-CoV-2, SARS-CoV and MERS-CoV bound to the inhibitor PF-07321332. The structures reveal a ligand-binding site that is conserved among SARS-CoV-2, SARS-CoV and MERS-CoV, providing insights into the mechanism of inhibition of viral replication. The long and narrow cavity in the cleft between domains I and II of main protease harbors multiple inhibitor binding sites, where PF-07321332 occupies subsites S1, S2 and S4 and appears more restricted compared with other inhibitors. A detailed analysis of these structures illuminated key structural determinants essential for inhibition and elucidated the binding mode of action of main proteases from different coronaviruses. Given the importance of main protease for the treatment of SARS-CoV-2 infection, insights derived from this study should accelerate the design of safer and more effective antivirals.

Abstract Main protease (M pro , also known as 3CLpro) has a major role in the replication of coronavirus life cycle and is one of the most important drug targets for anticoronavirus agents. Here we report the crystal structure of main protease of SARS-CoV-2 bound to a previously identified Chinese herb inhibitor shikonin at 2.45 angstrom resolution. Although the structure revealed here shares similar overall structure with other published structures, there are several key differences which highlight potential features that could be exploited. The catalytic dyad His41-Cys145 undergoes dramatic conformational changes, and the structure reveals an unusual arrangement of oxyanion loop stabilized by the substrate. Binding to shikonin and binding of covalent inhibitors show different binding modes, suggesting a diversity in inhibitor binding. As we learn more about different binding modes and their structure-function relationships, it is probable that we can design more effective and specific drugs with high potency that can serve as effect SARS-CoV-2 anti-viral agents.

Abstract M pro is of considerable interest as a drug target in the treatment of COVID-19 since the proteolytic activity of this viral protease is essential for viral replication. Here we report the first insight of the structure M pro for SARS-CoV-2 in the inactive conformation under conditions close to the physiological state (pH 7.5) to an overall resolution of 1.9 Å. The comparisons of M pro in different states reveal that substrate binding site and the active site are more flexible in the inactive conformation than that in the active conformations. Notably, compared with the active conformation of the apo state structure in pH7.6 of SARS, the SARS-CoV-2 apo state is in the inactive conformation under condition close to physiological state (pH7.5). Two water molecules are present in the oxyanion hole in our apo state structure, whereas in the ligand-bound structure, water molecular is absence in the same region. This structure provides novel and important insights that have broad implications for understanding the structural basis underlying enzyme activity, and can facilitate rational, structure-based, approaches for the design of specific SARS-CoV-2 ligands as new therapeutic agents.

COVID-19 pandemic is predominantly caused by SARS-CoV-2, with its main protease, Mpro, playing a pivotal role in viral replication and serving as a potential target for inhibiting different variants. In this study, potent Mpro inhibitors were identified from glycyrrhizic acid (GL) derivatives with amino acid methyl/ethyl esters. Out of the 17 derivatives semisynthesized, Compounds 2, 6, 9, and 15, with methionine methyl esters, D-tyrosine methyl esters, glutamic acid methyl esters, and methionines in the carbohydrate moiety, respectively, significantly inhibited wild-type SARS-CoV-2 Mpro-mediated proteolysis, with IC50 values ranging from 0.06 μM to 0.84 μM. They also demonstrated efficacy in inhibiting trans-cleavage by mutant Mpro variants (Mpro_P132H, Mpro_E166V, Mpro_P168A, Mpro_Q189I), with IC50 values ranging from 0.05 to 0.92 μM, surpassing nirmatrelvir (IC50: 1.17-152.9 μM). Molecular modeling revealed stronger interactions with Valine166 in the structural complex of Mpro_E166V with the compounds compared to nirmatrelvir. Moreover, these compounds efficiently inhibited the post-entry viral processes of wild-type SARS-CoV-2 single-round infectious particles (SRIPs), mitigating viral cytopathic effects and reducing replicon-driven GFP reporter signals, as well as in vitro infectivity of wild-type, Mpro_E166V, and Mpro_Q189I SRIPs, with EC50 values ranging from 0.02 to 0.53 μM. However, nirmatrelvir showed a significant decrease in inhibiting the replication of mutant SARS-CoV-2 SRIPs carrying Mpro_E166V (EC50: >20 μM) and Mpro_Q189I (EC50: 13.2 μM) compared to wild-type SRIPs (EC50: 0.06 μM). Overall, this study identifies four GL derivatives as promising lead compounds for developing treatments against various SARS-CoV-2 strains, including Omicron, and nirmatrelvir-resistant variants.

Abstract The main protease (M pro ) of coronaviruses plays a key role in viral replication, thus serving as a hot target for drug design. It has been proven that PF-00835231 is promising inhibitor of SARS-CoV-2 M pro . Here, we report the inhibition potency of PF-00835231 against SARS-CoV-2 M pro and seven M pro mutants (G15S, M49I, Y54C, K90R, P132H, S46F, and V186F) from SARS-CoV-2 variants. The results confirm that PF-00835231 has broad-spectrum inhibition against various coronaviral M pro s. In addition, the crystal structures of SARS-CoV-2 M pro , SARS-CoV M pro , MERS-CoV M pro , and seven SARS-CoV-2 M pro mutants (G15S, M49I, Y54C, K90R, P132H, S46F, and V186F) in complex with PF-00835231 are solved. A detailed analysis of these structures reveal key determinants essential for inhibition and elucidates the binding modes of different coronaviral M pro s. Given the importance of the main protease for the treatment of coronaviral infection, structural insights into the M pro inhibition by PF-00835231 can accelerate the design of novel antivirals with broad-spectrum efficacy against different human coronaviruses.