Rational Design of Hybrid SARS-CoV-2 Main Protease Inhibitors Guided by the Superimposed Cocrystal Structures with the Peptidomimetic Inhibitors GC-376, Telaprevir, and Boceprevir

蛋白酶 博赛泼维 特拉普韦 组织蛋白酶L 化学 病毒学 多聚蛋白质类 拟肽 蛋白酵素 生物 生物化学 病毒 丙型肝炎病毒 利巴韦林
作者
Zilei Xia,M. Sacco,Yanmei Hu,Chunlong Ma,Xiangzhi Meng,Fushun Zhang,Tommy Szeto,Yan Xiang,Yu Chen,Jun Wang
出处
期刊:ACS pharmacology & translational science [American Chemical Society]
卷期号:4 (4): 1408-1421 被引量:73
标识
DOI:10.1021/acsptsci.1c00099
摘要

SARS-CoV-2 main protease (Mpro) is a cysteine protease that mediates the cleavage of viral polyproteins and is a validated antiviral drug target. Mpro is highly conserved among all seven human coronaviruses, with certain Mpro inhibitors having broad-spectrum antiviral activity. In this study, we designed two hybrid inhibitors UAWJ9-36-1 and UAWJ9-36-3 based on the superimposed X-ray crystal structures of SARS-CoV-2 Mpro with GC-376, telaprevir, and boceprevir. Both UAWJ9-36-1 and UAWJ9-36-3 showed potent binding and enzymatic inhibition against the Mpro's from SARS-CoV-2, SARS-CoV, MERS-CoV, HCoV-OC43, HCoV-NL63, HCoV-229E, and HCoV-HKU1. Cell-based Flip-GFP Mpro assay results show that UAWJ9-36-1 and UAWJ9-36-3 inhibited the intracellular protease activity of SARS-CoV-2 Mpro. In addition, UAWJ9-36-1 and UAWJ9-36-3 had potent antiviral activity against SARS-CoV-2, HCoV-OC43, HCoV-NL63, and HCoV-229E, with UAWJ9-36-3 being more potent than GC-376 in inhibiting SARS-CoV-2. Selectivity profiling revealed that UAWJ9-36-1 and UAWJ9-36-3 had an improved selectivity index over that of GC-376 against host cysteine proteases calpain I and cathepsin L, but not cathepsin K. The X-ray crystal structures of SARS-CoV-2 Mpro with UAWJ9-36-1 and UAWJ9-36-3 were both solved at 1.9 Å, which validated our design hypothesis. Overall, hybrid inhibitors UAWJ9-36-1 and UAWJ9-36-3 are promising candidates to be further developed as broad-spectrum coronavirus antivirals.
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