SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2) is the etiological agent responsible for the global COVID-19 (coronavirus disease 2019) outbreak. The main protease of SARS-CoV-2, Mpro, is a key enzyme that plays a pivotal role in mediating viral replication and transcription. We designed and synthesized two lead compounds (11a and 11b) targeting Mpro Both exhibited excellent inhibitory activity and potent anti-SARS-CoV-2 infection activity. The x-ray crystal structures of SARS-CoV-2 Mpro in complex with 11a or 11b, both determined at a resolution of 1.5 angstroms, showed that the aldehyde groups of 11a and 11b are covalently bound to cysteine 145 of Mpro Both compounds showed good pharmacokinetic properties in vivo, and 11a also exhibited low toxicity, which suggests that these compounds are promising drug candidates.

The pandemic of coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has become a global crisis. Replication of SARS-CoV-2 requires the viral RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) enzyme, a target of the antiviral drug remdesivir. Here we report the cryo-electron microscopy structure of the SARS-CoV-2 RdRp, both in the apo form at 2.8-angstrom resolution and in complex with a 50-base template-primer RNA and remdesivir at 2.5-angstrom resolution. The complex structure reveals that the partial double-stranded RNA template is inserted into the central channel of the RdRp, where remdesivir is covalently incorporated into the primer strand at the first replicated base pair, and terminates chain elongation. Our structures provide insights into the mechanism of viral RNA replication and a rational template for drug design to combat the viral infection.

ABSTRACT SARS-CoV-2 is the etiological agent responsible for the COVID-19 outbreak in Wuhan. Specific antiviral drug are urgently needed to treat COVID-19 infections. The main protease (M pro ) of SARS-CoV-2 is a key CoV enzyme that plays a pivotal role in mediating viral replication and transcription, which makes it an attractive drug target. In an effort to rapidly discover lead compounds targeting M pro , two compounds ( 11a and 11b ) were designed and synthesized, both of which exhibited excellent inhibitory activity with an IC50 value of 0.05 μM and 0.04 μM respectively. Significantly, both compounds exhibited potent anti-SARS-CoV-2 infection activity in a cell-based assay with an EC50 value of 0.42 μM and 0.33 μM, respectively. The X-ray crystal structures of SARS-CoV-2 M pro in complex with 11a and 11b were determined at 1.5 Å resolution, respectively. The crystal structures showed that 11a and 11b are covalent inhibitors, the aldehyde groups of which are bound covalently to Cys145 of M pro . Both compounds showed good PK properties in vivo , and 11a also exhibited low toxicity which is promising drug leads with clinical potential that merits further studies.