Abstract Identification of host factors contributing to replication of viruses and resulting disease progression remains a promising approach for development of new therapeutics. Here, we evaluated 6710 clinical and preclinical compounds targeting 2183 host proteins by immunocytofluorescence-based screening to identify SARS-CoV-2 infection inhibitors. Computationally integrating relationships between small molecule structure, dose-response antiviral activity, host target and cell interactome networking produced cellular networks important for infection. This analysis revealed 389 small molecules, >12 scaffold classes and 813 host targets with micromolar to low nanomolar activities. From these classes, representatives were extensively evaluated for mechanism of action in stable and primary human cell models, and additionally against Beta and Delta SARS-CoV-2 variants and MERS-CoV. One promising candidate, obatoclax, significantly reduced SARS-CoV-2 viral lung load in mice. Ultimately, this work establishes a rigorous approach for future pharmacological and computational identification of novel host factor dependencies and treatments for viral diseases.

Abstract The Ebola virus VP30 protein interacts with the viral nucleoprotein and with host protein RBBP6 via PPxPxY motifs. In these interactions the largely alpha-helical carboxy-terminal domain of the EBOV VP30 engages with the motif such that the prolines adopt non-canonical orientations, as compared to other proline-rich motifs. Affinity tag-purification mass spectrometry identified additional PPxPxY-containing host proteins, including hnRNP L, hnRNPUL1 and PEG10, as VP30 interactors. Of these, hnRNP L and PEG10, like RBBP6, inhibit viral RNA synthesis and EBOV replication, whereas hnRNPUL1 enhances. Further, double knockdown studies support additive effects of RBBP6 and hnRNP L. Binding studies demonstrate variable capacity of PPxPxY motifs to bind VP30 and the extended motif PxPPPPxY is demonstrated to confer optimal binding and to inhibit RNA synthesis, with the fifth proline and the tyrosine being most critical. Competition binding and hydrogen-deuterium exchange studies demonstrate that each protein binds a similar interface on VP30 and impacts VP30 phosphorylation. VP30 therefore represents a novel proline recognition domain that allows multiple host proteins to target a single viral protein-protein interface to modulate viral transcription.

The recent outbreaks of the Ebola virus (EBOV) in Africa have brought global visibility to the shortage of available therapeutic options to treat patients infected with this or closely related viruses. We have recently computationally identified three molecules which have all demonstrated statistically significant efficacy in the mouse model of infection with mouse adapted Ebola virus (ma-EBOV). One of these molecules is the antimalarial pyronaridine tetraphosphate (IC50 range of 0.82-1.30 μM against three strains of EBOV and IC50 range of 1.01-2.72 μM against two strains of Marburg virus (MARV)) which is an approved drug in the European Union and used in combination with artesunate. To date, no small molecule drugs have shown statistically significant efficacy in the guinea pig model of EBOV infection. Pharmacokinetics and range-finding studies in guinea pigs directed us to a single 300mg/kg or 600mg/kg oral dose of pyronaridine 1hr after infection. Pyronaridine resulted in statistically significant survival of 40% at 300mg/kg and protected from a lethal challenge with EBOV. In comparison, oral favipiravir (300 mg/kg dosed once a day) had 43.5 % survival. The in vitro metabolism and metabolite identification of pyronaridine and another of our EBOV active molecules, tilorone, which suggests significant species differences which may account for the efficacy or lack thereof, respectively in guinea pig. In summary, our studies with pyronaridine demonstrates its utility for repurposing as an antiviral against EBOV and MARV, providing justification for future testing in non-human primates.