The coronavirus disease (COVID-19) caused by SARS-CoV-2 is creating tremendous human suffering. To date, no effective drug is available to directly treat the disease. In a search for a drug against COVID-19, we have performed a high-throughput x-ray crystallographic screen of two repurposing drug libraries against the SARS-CoV-2 main protease (M

Abstract The coronavirus disease (COVID-19) caused by SARS-CoV-2 is creating tremendous health problems and economical challenges for mankind. To date, no effective drug is available to directly treat the disease and prevent virus spreading. In a search for a drug against COVID-19, we have performed a massive X-ray crystallographic screen of two repurposing drug libraries against the SARS-CoV-2 main protease (M pro ), which is essential for the virus replication and, thus, a potent drug target. In contrast to commonly applied X-ray fragment screening experiments with molecules of low complexity, our screen tested already approved drugs and drugs in clinical trials. From the three-dimensional protein structures, we identified 37 compounds binding to M pro . In subsequent cell-based viral reduction assays, one peptidomimetic and five non-peptidic compounds showed antiviral activity at non-toxic concentrations. We identified two allosteric binding sites representing attractive targets for drug development against SARS-CoV-2.

Abstract Here we present the crystal structure of SARS-CoV-2 main protease (M pro ) covalently bound to 2-methyl-1-tetralone. This complex was obtained by co-crystallization of M pro with HEAT (2-(((4-hydroxyphenethyl)amino)methyl)-3,4-dihydronaphthalen-1(2H)-one) in the framework of a large X-ray crystallographic screening project of M pro against a drug repurposing library, consisting of 5632 approved drugs or compounds in clinical phase trials. Further investigations showed that HEAT is cleaved by M pro in an E1cB-like reaction mechanism into 2-methylene-1-tetralone and tyramine. The catalytic Cys145 subsequently binds covalently in a Michael addition to the methylene carbon atom of 2-methylene-1-tetralone. According to this postulated model HEAT is acting in a pro-drug-like fashion. It is metabolized by M pro , followed by covalent binding of one metabolite to the active site. The structure of the covalent adduct elucidated in this study opens up a new path for developing non-peptidic inhibitors.

Abstract Compound repurposing is an important strategy for the identification of effective treatment options against SARS-CoV-2 infection and COVID-19 disease. In this regard, SARS-CoV-2 main protease (3CL-Pro), also termed M-Pro, is an attractive drug target as it plays a central role in viral replication by processing the viral polyproteins pp1a and pp1ab at multiple distinct cleavage sites. We here report the results of a repurposing program involving 8.7 K compounds containing marketed drugs, clinical and preclinical candidates, and small molecules regarded as safe in humans. We confirmed previously reported inhibitors of 3CL-Pro, and have identified 62 additional compounds with IC 50 values below 1 μM and profiled their selectivity towards Chymotrypsin and 3CL-Pro from the MERS virus. A subset of 8 inhibitors showed anti-cytopathic effect in a Vero-E6 cell line and the compounds thioguanosine and MG-132 were analysed for their predicted binding characteristics to SARS-CoV-2 3CL-Pro. The X-ray crystal structure of the complex of myricetin and SARS-Cov-2 3CL-Pro was solved at a resolution of 1.77 Å, showing that myricetin is covalently bound to the catalytic Cys145 and therefore inhibiting its enzymatic activity. Graphical abstract Abstract Figure. Workflow for identification and profiling of inhibitors of SARS-CoV-2 3CL-Pro using a large scale repurposing and bioactive compound collection (rhs). Primary assay principle based on quenched FRET peptide substrate of SARS-CoV-2 3CL-Pro (lhs). Inhibiting compounds reduce fluorescence signal relative to DMSO controls. Hit profiling using X-ray.

Abstract SARS-CoV-2 papain-like protease (PLpro) covers multiple functions. Beside the cysteine-protease activity, PLpro has the additional and vital function of removing ubiquitin and ISG15 (Interferon-stimulated gene 15) from host-cell proteins to aid coronaviruses in evading the host’s innate immune responses. We established a high-throughput X-ray screening to identify inhibitors by elucidating the native PLpro structure refined to 1.42 Å and performing co-crystallization utilizing a diverse library of selected natural compounds. We identified three phenolic compounds as potential inhibitors. Crystal structures of PLpro inhibitor complexes, obtained to resolutions between 1.7-1.9 Å, show that all three compounds bind at the ISG15/Ub-S2 allosteric binding site, preventing the essential ISG15-PLpro molecular interactions. All compounds demonstrate clear inhibition in a deISGylation assay, two exhibit distinct antiviral activity and one inhibited a cytopathic effect in a non-cytotoxic concentration range. These results highlight the druggability of the rarely explored ISG15/Ub-S2 PLpro allosteric binding site to identify new and effective antiviral compounds. Importantly, in the context of increasing PLpro mutations in the evolving new variants of SARS-CoV-2, the natural compounds we identified may also reinstate the antiviral immune response processes of the host that are down-regulated in COVID-19 infections.

The SARS CoV-2 Papain-Like protease has multiple roles in the viral replication cycle, related to both its polypeptide cleavage function and its capacity to antagonize host immune response. Targeting PLpro function is recognized as a promising mechanism to modulate viral replication whilst supporting host immune responses. However, development of PLpro specific inhibitors remains challenging. Upcoming studies revealed the limitation of reported inhibitors by profiling them through a pipeline of enzymatic, binding and cellular activity assays showing unspecific activity. GRL-0617 remained the only validated molecule with demonstrated anti-viral activity in cells. In this study we refer to the pitfalls of redox-sensitivity of PLpro. Using a screening-based approach to identify inhibitors of PLpro proteolytic activity, we made extensive efforts to validate the active compounds over a range of conditions and readouts, emphasising the need for comprehensive orthogonal data when profiling putative PLpro inhibitors. The remaining active compound CPI-169, showed to compete with GRL-0617 in NMR-based experiments, suggesting to share a similar binding mode, opening novel design opportunities for further developments as antiviral agents.

Pediatric Neuromuscular Diseases and Psychosocial Wellbeing: Why We Also Need to Invest in Digital Platforms

Reading disability is a complex neurodevelopmental disorder that is characterized by difficulties in reading despite educational opportunity and normal intelligence. Performance on rapid automatized naming (RAN) and rapid alternating stimulus (RAS) tests gives a reliable predictor of reading outcome. These tasks involve the integration of different neural and cognitive processes required in a mature reading brain. Most studies examining the genetic factors that contribute to RAN and RAS performance have focused on pedigree-based analyses in samples of European descent, with limited representation of groups with Hispanic or African ancestry. In the present study, we conducted a multivariate genome-wide association analysis to identify shared genetic factors that contribute to performance across RAN Objects, RAN Letters, and RAS Letters/Numbers in a sample of Hispanic and African American youth (n=1,331). We then tested whether these factors also contribute to variance in reading fluency and word reading. Genome-wide significant, pleiotropic, effects across RAN Objects, RAN Letters, and RAS Letters/Numbers were observed for SNPs located on chromosome 10q23.31 (rs1555839, multivariate association, p=2.23 x 10-8), which also showed significant association with reading fluency and word reading performance (p <0.001). Bioinformatic analysis of this region using epigenetic data from the NIH Roadmap Epigenomics Mapping Consortium indicates active transcription of the gene RNLS in the brain. Neuroimaging genetic analysis of fourteen cortical regions in an independent sample of typically developing children across multiple ethnicities (n=690) showed that rs1555839 was associated with variation in volume of the right inferior parietal cortex-a region of the brain that processes numerical information and has been implicated in reading disability. This study provides support for a novel locus on chromosome 10q23.31 associated with RAN, RAS, and reading-related performance.