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Maltarollo VG, da Silva EB, Kronenberger T, Sena Andrade MM, de Lima Marques GV, Cândido Oliveira NJ, Santos LH, Oliveira Rezende Júnior CD, Cassiano Martinho AC, Skinner D, Fajtová P, M Fernandes TH, Silveira Dos Santos ED, Rodrigues Gazolla PA, Martins de Souza AP, da Silva ML, Dos Santos FS, Lavorato SN, Oliveira Bretas AC, Carvalho DT, Franco LL, Luedtke S, Giardini MA, Poso A, Dias LC, Podust LM, Alves RJ, McKerrow J, Andrade SF, Teixeira RR, Siqueira-Neto JL, O'Donoghue A, de Oliveira RB, Ferreira RS. Structure-based discovery of thiosemicarbazones as SARS-CoV-2 main protease inhibitors. Future Med Chem 2023; 15:959-985. [PMID: 37435731 DOI: 10.4155/fmc-2023-0034] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 07/13/2023] Open
Abstract
Aim: Discovery of novel SARS-CoV-2 main protease (Mpro) inhibitors using a structure-based drug discovery strategy. Materials & methods: Virtual screening employing covalent and noncovalent docking was performed to discover Mpro inhibitors, which were subsequently evaluated in biochemical and cellular assays. Results: 91 virtual hits were selected for biochemical assays, and four were confirmed as reversible inhibitors of SARS CoV-2 Mpro with IC50 values of 0.4-3 μM. They were also shown to inhibit SARS-CoV-1 Mpro and human cathepsin L. Molecular dynamics simulations indicated the stability of the Mpro inhibitor complexes and the interaction of ligands at the subsites. Conclusion: This approach led to the discovery of novel thiosemicarbazones as potent SARS-CoV-2 Mpro inhibitors.
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Affiliation(s)
- Vinícius Gonçalves Maltarollo
- Departamento de Produtos Farmacêuticos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901, Brazil
| | - Elany Barbosa da Silva
- Skaggs School of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, University of California San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0657, USA
| | - Thales Kronenberger
- Institute of Pharmaceutical Sciences, Eberhard Karls Universität Tübingen, Tübingen 72076, Germany
- Cluster of Excellence iFIT (EXC 2180) 'Image-Guided & Functionally Instructed Tumor Therapies', University of Tübingen, Tübingen, 72076, Germany
- Tübingen Center for Academic Drug Discovery, Auf der Morgenstelle 8, Tübingen, 72076, Germany
- School of Pharmacy, Faculty of Health Sciences, University of Eastern Finland, Kuopio, 70211, Finland
| | - Marina Mol Sena Andrade
- Departamento de Produtos Farmacêuticos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901, Brazil
| | - Gabriel V de Lima Marques
- Departamento de Produtos Farmacêuticos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901, Brazil
| | - Nereu J Cândido Oliveira
- Departamento de Produtos Farmacêuticos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901, Brazil
| | - Lucianna H Santos
- Department of Biochemistry & Immunology, Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, Minas Gerais, 31270-901, Brazil
| | - Celso de Oliveira Rezende Júnior
- Instituto de Química, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, Minas Gerais, 38400-902, Brazil
- Instituto de Química, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, São Paulo, 13083-970, Brazil
| | - Ana C Cassiano Martinho
- Instituto de Química, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, Minas Gerais, 38400-902, Brazil
| | - Danielle Skinner
- Skaggs School of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, University of California San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0657, USA
| | - Pavla Fajtová
- Skaggs School of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, University of California San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0657, USA
- Institute of Organic Chemistry & Biochemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague, 16610, Czech Republic
| | - Thaís H M Fernandes
- Skaggs School of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, University of California San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0657, USA
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90160-093, Brazil
- Pharmaceutical Synthesis Group (PHARSG), Departamento de Produção de Matéria-Prima, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90160-093, Brazil
| | - Eduardo da Silveira Dos Santos
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90160-093, Brazil
- Pharmaceutical Synthesis Group (PHARSG), Departamento de Produção de Matéria-Prima, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90160-093, Brazil
| | - Poliana A Rodrigues Gazolla
- Grupo de Síntese e Pesquisa de Compostos Bioativos (GSPCB), Departamento de Química, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, 36570-900, Brazil
| | - Ana P Martins de Souza
- Grupo de Síntese e Pesquisa de Compostos Bioativos (GSPCB), Departamento de Química, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, 36570-900, Brazil
| | - Milene Lopes da Silva
- Grupo de Síntese e Pesquisa de Compostos Bioativos (GSPCB), Departamento de Química, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, 36570-900, Brazil
| | - Fabíola S Dos Santos
- Grupo de Síntese e Pesquisa de Compostos Bioativos (GSPCB), Departamento de Química, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, 36570-900, Brazil
| | - Stefânia N Lavorato
- Departamento de Produtos Farmacêuticos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901, Brazil
- Centro das Ciências Biológicas e da Saúde, Universidade Federal do Oeste da Bahia, Barreiras, Bahia, 47810-047, Brazil
| | - Ana C Oliveira Bretas
- Departamento de Produtos Farmacêuticos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901, Brazil
| | - Diogo Teixeira Carvalho
- Departamento de Produtos Farmacêuticos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901, Brazil
| | - Lucas Lopardi Franco
- Departamento de Produtos Farmacêuticos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901, Brazil
| | - Stephanie Luedtke
- Skaggs School of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, University of California San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0657, USA
| | - Miriam A Giardini
- Skaggs School of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, University of California San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0657, USA
| | - Antti Poso
- Institute of Pharmaceutical Sciences, Eberhard Karls Universität Tübingen, Tübingen 72076, Germany
- Cluster of Excellence iFIT (EXC 2180) 'Image-Guided & Functionally Instructed Tumor Therapies', University of Tübingen, Tübingen, 72076, Germany
- Tübingen Center for Academic Drug Discovery, Auf der Morgenstelle 8, Tübingen, 72076, Germany
- School of Pharmacy, Faculty of Health Sciences, University of Eastern Finland, Kuopio, 70211, Finland
| | - Luiz C Dias
- Instituto de Química, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, São Paulo, 13083-970, Brazil
| | - Larissa M Podust
- Skaggs School of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, University of California San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0657, USA
| | - Ricardo J Alves
- Departamento de Produtos Farmacêuticos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901, Brazil
| | - James McKerrow
- Skaggs School of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, University of California San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0657, USA
| | - Saulo F Andrade
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90160-093, Brazil
- Pharmaceutical Synthesis Group (PHARSG), Departamento de Produção de Matéria-Prima, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90160-093, Brazil
| | - Róbson R Teixeira
- Grupo de Síntese e Pesquisa de Compostos Bioativos (GSPCB), Departamento de Química, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, 36570-900, Brazil
| | - Jair L Siqueira-Neto
- Skaggs School of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, University of California San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0657, USA
| | - Anthony O'Donoghue
- Skaggs School of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, University of California San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093-0657, USA
| | - Renata B de Oliveira
- Departamento de Produtos Farmacêuticos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901, Brazil
| | - Rafaela S Ferreira
- Department of Biochemistry & Immunology, Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, Minas Gerais, 31270-901, Brazil
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