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.

The Endoplasmic Reticulum (ER) glycoprotein folding Quality Control (ERQC) machinery aids folding of glycoproteins in the ER. Misfolded glycoprotein recognition and ER-retention is mediated by the ERQC checkpoint enzyme, the 170 kDa UDP-Glucose glycoprotein glucosyltransferase (UGGT). UGGT modulation is a promising strategy for broad-spectrum antivirals, rescue-of-secretion therapy in rare disease caused by responsive mutations in glycoprotein genes, and many cancers, but to date no selective UGGT inhibitors are known. Towards the generation of selective UGGT inhibitors, we determined the crystal structures of the catalytic domain of Chaetomium thermophilum UGGT ( Ct UGGT GT24 ), alone and in complex with the inhibitor UDP-2-deoxy-2-fluoro-D-glucose (U2F). Using the Ct UGGT GT24 crystals, we carried out a fragment-based lead discovery screen via X-ray crystallography and discovered that the small molecule 5-[(morpholin-4-yl)methyl]quinolin-8-ol (5M-8OH-Q) binds a Ct UGGT GT24 ‘WY’ conserved surface motif that is not present in other GT24 family glycosyltransferases. The 5M-8OH-Q molecule has a 613 µ M binding affinity for human UGGT1 in vitro as measured by saturation transfer difference NMR spectroscopy. The 5M-8OH-Q molecule inhibits both human UGGT1and UGGT2 activity at concentrations higher than 750 µ M in modified HEK293-6E cells. The compound is toxic in cellula and in planta at concentrations higher than 1 mM. A few off-target effects are also observed upon 5M-8OH-Q treatment. Based on an in silico model of the interaction between UGGT and its substrate N -glycan, the 5M-8OH-Q molecule likely works as a competitive inhibitor, binding to the site of recognition of the first GlcNAc residue of the substrate N -glycan. Significance Statement When a candidate drug target is the product of a housekeeping gene - i.e. it is important for the normal functioning of the healthy cell – availability of inhibitors for tests and assays is of paramount importance. One such housekeeping protein is UGGT, the enzyme that makes sure that only correctly folded glycoproteins can leave the endoplasmic reticulum for further trafficking through the secretory pathway. UGGT is a potential drug target against viruses, in certain instances of congenital rare disease, and against some cancers, but no UGGT inhibitors are known yet. We discovered and describe here a small molecule that binds human UGGT1 in vitro and inhibits both isoforms of human UGGT in cellula . The compound paves the way to testing of UGGT inhibition as a potential pharmacological strategy in a number of medical contexts.

Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the etiological cause of the coronavirus disease 2019, for which no effective therapeutics are available. The SARS-CoV-2 main protease (M pro ) is essential for viral replication and constitutes a promising therapeutic target. Many efforts aimed at deriving effective M pro inhibitors are currently underway, including an international open-science discovery project, codenamed COVID Moonshot. As part of COVID Moonshot, we used saturation transfer difference nuclear magnetic resonance (STD-NMR) spectroscopy to assess the binding of putative M pro ligands to the viral protease, including molecules identified by crystallographic fragment screening and novel compounds designed as M pro inhibitors. In this manner, we aimed to complement enzymatic activity assays of M pro performed by other groups with information on ligand affinity. We have made the M pro STD-NMR data publicly available. Here, we provide detailed information on the NMR protocols used and challenges faced, thereby placing these data into context. Our goal is to assist the interpretation of M pro STD-NMR data, thereby accelerating ongoing drug design efforts.

Abstract Following translation of the SARS-CoV-2 RNA genome into two viral polypeptides, the main protease M pro cleaves at eleven sites to release non-structural proteins required for viral replication. M Pro is an attractive target for antiviral therapies to combat the coronavirus-2019 disease (COVID-19). Here, we have used native mass spectrometry (MS) to characterize the functional unit of M pro . Analysis of the monomer-dimer equilibria reveals a dissociation constant of K d = 0.14 ± 0.03 μM, revealing M Pro has a strong preference to dimerize in solution. Developing an MS-based kinetic assay we then characterized substrate turnover rates by following temporal changes in the enzyme-substrate complexes, which are effectively “flash-frozen” as they transition from solution to the gas phase. We screened small molecules, that bind distant from the active site, for their ability to modulate activity. These compounds, including one proposed to disrupt the catalytically active dimer, slow the rate of substrate processing by ~35%. This information was readily obtained and, together with analysis of the x-ray crystal structures of these enzyme-small molecule complexes, provides a starting point for the development of more potent molecules that allosterically regulate M Pro activity.