The main protease of coronaviruses and the 3C protease of enteroviruses share a similar active-site architecture and a unique requirement for glutamine in the P1 position of the substrate. Because of their unique specificity and essential role in viral polyprotein processing, these proteases are suitable targets for the development of antiviral drugs. In order to obtain near-equipotent, broad-spectrum antivirals against alphacoronaviruses, betacoronaviruses, and enteroviruses, we pursued a structure-based design of peptidomimetic α-ketoamides as inhibitors of main and 3C proteases. Six crystal structures of protease–inhibitor complexes were determined as part of this study. Compounds synthesized were tested against the recombinant proteases as well as in viral replicons and virus-infected cell cultures; most of them were not cell-toxic. Optimization of the P2 substituent of the α-ketoamides proved crucial for achieving near-equipotency against the three virus genera. The best near-equipotent inhibitors, 11u (P2 = cyclopentylmethyl) and 11r (P2 = cyclohexylmethyl), display low-micromolar EC50 values against enteroviruses, alphacoronaviruses, and betacoronaviruses in cell cultures. In Huh7 cells, 11r exhibits three-digit picomolar activity against the Middle East Respiratory Syndrome coronavirus.

A novel coronavirus has been identified as the causative agent of a massive outbreak of atypical pneumonia originating at Wuhan, Hubei province, China. Involved in the formation of the coronavirus replication complex, the viral main protease (Mpro, also called 3CLpro) represents an attractive target for therapy. We determined the crystal structure of the unliganded Mpro at 1.75 A resolution and used this structure to guide optimization of a series of alpha-ketoamide inhibitors. The main goal of the optimization efforts was improvement of the pharmacokinetic properties of the compounds. We further describe 1.95- and 2.20-A crystal structures of the complex between the enzyme and the most potent alpha-ketoamide optimized this way. These structures will form the basis for further development of these compounds to antiviral drugs.

The main protease of coronaviruses and the 3C protease of enteroviruses share a similar active-site architecture and a unique requirement for glutamine in the P1 position of the substrate. Because of their unique specificity and essential role in viral polyprotein processing, these proteases are suitable targets for the development of antiviral drugs. In order to obtain near-equipotent, broad-spectrum antivirals against alphacoronaviruses, betacoronaviruses, and enteroviruses, we pursued structure-based design of peptidomimetic a-ketoamides as inhibitors of main and 3C proteases. Six crystal structures of protease:inhibitor complexes were determined as part of this study. Compounds synthesized were tested against the recombinant proteases as well as in viral replicons and virus-infected cell cultures; most of them were not cell-toxic. Optimization of the P2 substituent of the a-ketoamides proved crucial for achieving near-equipotency against the three virus genera. The best near-equipotent inhibitors, 11u (P2 = cyclopentylmethyl) and 11r (P2 = cyclohexylmethyl), display low-micromolar EC50 values against enteroviruses, alphacoronaviruses, and betacoronaviruses in cell cultures. In Huh7 cells, 11r exhibits three-digit picomolar activity against Middle East Respiratory Syndrome coronavirus.