Abstract Libraries composed of licensed drugs represent a vast repertoire of molecules modulating physiologic processes in humans, thus providing unique opportunities for discovery of host targeting antivirals. We interrogated the ReFRAME repurposing library with 12,993 molecules for broad-spectrum coronavirus antivirals and discovered 134 compounds inhibiting an alphacoronavirus, mapping to 59 molecular target categories. Dominant targets included the 5-hydroxytryptamine receptor and dopamine receptor and cyclin-dependent kinase inhibitors. Counter-screening with SARS-CoV-2 and validation in primary cells identified Phortress, an aryl hydrocarbon receptor (AHR) ligand, Bardoxolone and Omaveloxolone, two nuclear factor, erythroid 2 like 2 (NFE2L2) activators as inhibitors of both alpha- and betacoronaviruses. The landscape of coronavirus targeting molecules provides important information for the development of broad-spectrum antivirals reinforcing pandemic preparedness.

Abstract The elucidation of the molecular mechanisms of secretion through bacterial protein secretion systems is impeded by a lack of assays to quantitatively assess secretion kinetics. Also the analysis of the biological role of these secretion systems as well as the identification of inhibitors targeting these systems would greatly benefit from the availability of a simple, quick and quantitative assay to monitor principle secretion and injection into host cells. Here we present a versatile solution to this need, utilizing the small and very bright NanoLuc luciferase to assess secretion and injection through the type III secretion system encoded by Salmonella pathogenicity island 1. The NanoLuc-based secretion assay features a very high signal-to-noise ratio and sensitivity down to the nanoliter scale. The assay enables monitoring of secretion kinetics and is adaptable to a high throughput screening format in 384-well microplates. We further developed NanoLuc and split-NanoLuc-based assays that enable the monitoring of type III secretion-dependent injection of effector proteins into host cells. Importance The ability to secrete proteins to the bacterial cell surface, to the extracellular environment, or even into target cells is one of the foundations of interbacterial as well as pathogen-host interaction. While great progress has been made in elucidating assembly and structure of secretion systems, our understanding of their secretion mechanism often lags behind, not last because of the challenge to quantitatively assess secretion function. Here, we developed a luciferase-based assay to enable the simple, quick, quantitative, and high throughput-compatible assessment of secretion and injection through virulence-associated type III secretion systems. The assay allows detection of minute amounts of secreted substrate proteins either in the supernatant of the bacterial culture or within eukaryotic host cells. It thus provides an enabling technology to elucidate the mechanisms of secretion and injection of type III secretion systems and is likely adaptable to assay secretion through other bacterial secretion systems.

ABSTRACT Infections with enteropathogenic E. coli (EPEC) cause severe diarrhea in children. The non-invasive bacteria adhere to enterocytes of the small intestine and use a type III secretion system (T3SS) to inject effector proteins into host cells to modify and exploit cellular processes in favor of bacterial survival and replication. Several studies have shown that the T3SSs of bacterial pathogens are essential for virulence. Furthermore, the loss of T3SS-mediated effector translocation results in increased immune recognition and clearance of the bacteria. The T3SS is, therefore, considered a promising target for antivirulence strategies and novel therapeutics development. Here, we report the results of a high-throughput screening assay based on the translocation of the EPEC effector protein Tir. Using this assay, we screened more than 13,000 small molecular compounds of six different compound libraries and identified three substances which showed a significant dose-dependent effect on translocation without adverse effects on bacterial or eukaryotic cell viability. Additionally, these substances reduced bacterial binding to host cells, effector-dependent cell detachment and abolished A/E lesion formation without affecting the expression of components of the T3SS or associated effector proteins. Moreover, no effects of the inhibitors on bacterial motility or Shiga-toxin expression were observed. In summary, we have identified three new compounds that strongly inhibit T3SS-mediated translocation of effectors into mammalian cells, which could be valuable as lead substances for treating EPEC and EHEC infections.