A newly described coronavirus named severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which is the causative agent of coronavirus disease 2019 (COVID-19), has infected over 2.3 million people, led to the death of more than 160,000 individuals and caused worldwide social and economic disruption1,2. There are no antiviral drugs with proven clinical efficacy for the treatment of COVID-19, nor are there any vaccines that prevent infection with SARS-CoV-2, and efforts to develop drugs and vaccines are hampered by the limited knowledge of the molecular details of how SARS-CoV-2 infects cells. Here we cloned, tagged and expressed 26 of the 29 SARS-CoV-2 proteins in human cells and identified the human proteins that physically associated with each of the SARS-CoV-2 proteins using affinity-purification mass spectrometry, identifying 332 high-confidence protein-protein interactions between SARS-CoV-2 and human proteins. Among these, we identify 66 druggable human proteins or host factors targeted by 69 compounds (of which, 29 drugs are approved by the US Food and Drug Administration, 12 are in clinical trials and 28 are preclinical compounds). We screened a subset of these in multiple viral assays and found two sets of pharmacological agents that displayed antiviral activity: inhibitors of mRNA translation and predicted regulators of the sigma-1 and sigma-2 receptors. Further studies of these host-factor-targeting agents, including their combination with drugs that directly target viral enzymes, could lead to a therapeutic regimen to treat COVID-19.

Highlights•Phosphoproteomics analysis of SARS-CoV-2-infected cells uncovers signaling rewiring•Infection promotes host p38 MAPK cascade activity and shutdown of mitotic kinases•Infection stimulates CK2-containing filopodial protrusions with budding virus•Kinase activity analysis identifies potent antiviral drugs and compoundsSummaryThe causative agent of the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has infected millions and killed hundreds of thousands of people worldwide, highlighting an urgent need to develop antiviral therapies. Here we present a quantitative mass spectrometry-based phosphoproteomics survey of SARS-CoV-2 infection in Vero E6 cells, revealing dramatic rewiring of phosphorylation on host and viral proteins. SARS-CoV-2 infection promoted casein kinase II (CK2) and p38 MAPK activation, production of diverse cytokines, and shutdown of mitotic kinases, resulting in cell cycle arrest. Infection also stimulated a marked induction of CK2-containing filopodial protrusions possessing budding viral particles. Eighty-seven drugs and compounds were identified by mapping global phosphorylation profiles to dysregulated kinases and pathways. We found pharmacologic inhibition of the p38, CK2, CDK, AXL, and PIKFYVE kinases to possess antiviral efficacy, representing potential COVID-19 therapies.Graphical abstract

This study created a protein-protein interaction map of all the proteins present within the SARS-CoV-2 virus and humans. Understanding how viral proteins interact with human proteins gives researchers targets for the repurposing of drugs to treat COVID-19

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has resulted in millions of deaths worldwide and massive societal and economic burden. Recently, a new variant of SARS-CoV-2, known as B.1.1.7, was first detected in the United Kingdom and is spreading in several other countries, heightening public health concern and raising questions as to the resulting effectiveness of vaccines and therapeutic interventions. We and others previously identified host-directed therapies with antiviral efficacy against SARS-CoV-2 infection. Less prone to the development of therapy resistance, host-directed drugs represent promising therapeutic options to combat emerging viral variants as host genes possess a lower propensity to mutate compared to viral genes. Here, in the first study of the full-length B.1.1.7 variant virus, we find two host-directed drugs, plitidepsin (aplidin; inhibits translation elongation factor eEF1A) and ralimetinib (inhibits p38 MAP kinase cascade), as well as remdesivir, to possess similar antiviral activity against both the early-lineage SARS-CoV-2 and the B.1.1.7 variant, evaluated in both human gastrointestinal and lung epithelial cell lines. We find that plitidepsin is over an order of magnitude more potent than remdesivir against both viruses. These results highlight the importance of continued development of host-directed therapeutics to combat current and future coronavirus variant outbreaks.