Kidney failure is frequently observed during and after COVID-19, but it remains elusive whether this is a direct effect of the virus. Here, we report that SARS-CoV-2 directly infects kidney cells and is associated with increased tubule-interstitial kidney fibrosis in patient autopsy samples. To study direct effects of the virus on the kidney independent of systemic effects of COVID-19, we infected human-induced pluripotent stem-cell-derived kidney organoids with SARS-CoV-2. Single-cell RNA sequencing indicated injury and dedifferentiation of infected cells with activation of profibrotic signaling pathways. Importantly, SARS-CoV-2 infection also led to increased collagen 1 protein expression in organoids. A SARS-CoV-2 protease inhibitor was able to ameliorate the infection of kidney cells by SARS-CoV-2. Our results suggest that SARS-CoV-2 can directly infect kidney cells and induce cell injury with subsequent fibrosis. These data could explain both acute kidney injury in COVID-19 patients and the development of chronic kidney disease in long COVID.

Abstract Designing covalent inhibitors is a task of increasing importance in drug discovery. Efficiently designing irreversible inhibitors, though, remains challenging. Here, we present covalentizer , a computational pipeline for creating irreversible inhibitors based on complex structures of targets with known reversible binders. For each ligand, we create a custom-made focused library of covalent analogs. We use covalent docking, to dock these tailored covalent libraries and to find those that can bind covalently to a nearby cysteine while keeping some of the main interactions of the original molecule. We found ~11,000 cysteines in close proximity to a ligand across 8,386 protein-ligand complexes in the PDB. Of these, the protocol identified 1,553 structures with covalent predictions. In prospective evaluation against a panel of kinases, five out of nine predicted covalent inhibitors showed IC 50 between 155 nM - 4.2 μM. Application of the protocol to an existing SARS-CoV-1 M pro reversible inhibitor led to a new acrylamide inhibitor series with low micromolar IC 50 against SARS-CoV-2 M pro . The docking prediction was validated by 11 co-crystal structures. This is a promising lead series for COVID-19 antivirals. Together these examples hint at the vast number of covalent inhibitors accessible through our protocol.

A strategy for pandemic preparedness is the development of antivirals against a wide set of viral targets with complementary mechanisms of action. SARS-CoV-2 nsp3-mac1 is a viral macrodomain with ADP-ribosylhydrolase activity, which counteracts host immune response. Targeting the virus' immunomodulatory functionality offers a differentiated strategy to inhibit SARS-CoV-2 compared to approved therapeutics, which target viral replication directly. Here we report a fragment-based lead generation campaign guided by computational approaches. We discover tool compounds which inhibit nsp3-mac1 activity at low nanomolar concentrations, and with responsive structure-activity relationships, high selectivity, and drug-like properties. Using our inhibitors, we show that inhibition of nsp3-mac1 increases ADP-ribosylation, but surprisingly does not translate to demonstrable antiviral activity in cell culture and iPSC-derived pneumocyte models. Further, no synergistic activity is observed in combination with interferon gamma, a main protease inhibitor, nor a papain-like protease inhibitor. Our results question the extent to which targeting modulation of innate immunity-driven ADP-ribosylation can influence SARS-CoV-2 replication. Moreover, these findings suggest that nsp3-mac1 might not be a suitable target for antiviral therapeutics development.