Discovery and Crystallographic Studies of Trisubstituted Piperazine Derivatives as Non-Covalent SARS-CoV-2 Main Protease Inhibitors with High Target Specificity and Low Toxicity

化学 哌嗪 蛋白酶 立体化学 结构-活动关系 共价键 组合化学 IC50型 效力 生物化学 体外 有机化学
作者
Shenghua Gao,Katharina Sylvester,Letian Song,Tobias Claff,Lanlan Jing,Molly E. Woodson,Renato H. Weiße,Yusen Cheng,Laura Schäkel,Marvin R.I. Petry,Michael Gütschow,Anke C. Schiedel,Norbert Sträter,Dongwei Kang,Shujing Xu,Károly Tóth,John E. Tavis,Ann E. Tollefson,Christa E. Müller,Xinyong Liu,Peng Zhan
出处
期刊:Journal of Medicinal Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:65 (19): 13343-13364 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acs.jmedchem.2c01146
摘要

The continuous spread of SARS-CoV-2 calls for more direct-acting antiviral agents to combat the highly infectious variants. The main protease (Mpro) is an promising target for anti-SARS-CoV-2 drug design. Here, we report the discovery of potent non-covalent non-peptide Mpro inhibitors featuring a 1,2,4-trisubstituted piperazine scaffold. We systematically modified the non-covalent hit MCULE-5948770040 by structure-based rational design combined with multi-site binding and privileged structure assembly strategies. The optimized compound GC-14 inhibits Mpro with high potency (IC50 = 0.40 μM) and displays excellent antiviral activity (EC50 = 1.1 μM), being more potent than Remdesivir. Notably, GC-14 exhibits low cytotoxicity (CC50 > 100 μM) and excellent target selectivity for SARS-CoV-2 Mpro (IC50 > 50 μM for cathepsins B, F, K, L, and caspase 3). X-ray co-crystal structures prove that the inhibitors occupy multiple subpockets by critical non-covalent interactions. These studies may provide a basis for developing a more efficient and safer therapy for COVID-19.
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