Viruses (Nov 2024)
Benzocarbazoledinones as SARS-CoV-2 Replication Inhibitors: Synthesis, Cell-Based Studies, Enzyme Inhibition, Molecular Modeling, and Pharmacokinetics Insights
- Luana G. de Souza,
- Eduarda A. Penna,
- Alice S. Rosa,
- Juliana C. da Silva,
- Edgar Schaeffer,
- Juliana V. Guimarães,
- Dennis M. de Paiva,
- Vinicius C. de Souza,
- Vivian Neuza S. Ferreira,
- Daniel D. C. Souza,
- Sylvia Roxo,
- Giovanna B. Conceição,
- Larissa E. C. Constant,
- Giovanna B. Frenzel,
- Matheus J. N. Landim,
- Maria Luiza P. Baltazar,
- Celimar Cinézia Silva,
- Ana Laura Macedo Brand,
- Julia Santos Nunes,
- Tadeu L. Montagnoli,
- Gisele Zapata-Sudo,
- Marina Amaral Alves,
- Diego Allonso,
- Priscila V. Z. Capriles Goliatt,
- Milene D. Miranda,
- Alcides J. M. da Silva
Affiliations
- Luana G. de Souza
- Instituto de Pesquisa de Produtos Naturais, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Bloco H—Sala H29, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Eduarda A. Penna
- Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, Grupo de Modelagem Computacional Aplicada, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora 36036-900, MG, Brazil
- Alice S. Rosa
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil
- Juliana C. da Silva
- Instituto de Pesquisa de Produtos Naturais, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Bloco H—Sala H29, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Edgar Schaeffer
- Instituto de Pesquisa de Produtos Naturais, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Bloco H—Sala H29, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Juliana V. Guimarães
- Instituto de Pesquisa de Produtos Naturais, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Bloco H—Sala H29, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Dennis M. de Paiva
- Instituto de Pesquisa de Produtos Naturais, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Bloco H—Sala H29, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Vinicius C. de Souza
- Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, Grupo de Modelagem Computacional Aplicada, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora 36036-900, MG, Brazil
- Vivian Neuza S. Ferreira
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil
- Daniel D. C. Souza
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil
- Sylvia Roxo
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil
- Giovanna B. Conceição
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil
- Larissa E. C. Constant
- Laboratório de Biotecnologia e Bioengenharia Tecidual, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Giovanna B. Frenzel
- Laboratório de Biotecnologia e Bioengenharia Tecidual, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Matheus J. N. Landim
- Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, Grupo de Modelagem Computacional Aplicada, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora 36036-900, MG, Brazil
- Maria Luiza P. Baltazar
- Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, Grupo de Modelagem Computacional Aplicada, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora 36036-900, MG, Brazil
- Celimar Cinézia Silva
- Laboratório de Biotecnologia e Bioengenharia Tecidual, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Ana Laura Macedo Brand
- Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Julia Santos Nunes
- Laboratório de Metabolômica Aplicada à Medicina de Sistemas (Meta2MS), Instituto de Pesquisa de Produtos Naturais Walter Mors, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Rio de Janeiro 21941-599, RJ, Brazil
- Tadeu L. Montagnoli
- Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-599, RJ, Brazil
- Gisele Zapata-Sudo
- Laboratório de Farmacologia Cardiovascular (LabCardio), Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Bloco J—Sala J1-11, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Marina Amaral Alves
- Instituto de Pesquisa de Produtos Naturais, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Bloco H—Sala H29, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Diego Allonso
- Laboratório de Biotecnologia e Bioengenharia Tecidual, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Priscila V. Z. Capriles Goliatt
- Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional, Grupo de Modelagem Computacional Aplicada, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora 36036-900, MG, Brazil
- Milene D. Miranda
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil
- Alcides J. M. da Silva
- Instituto de Pesquisa de Produtos Naturais, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, CCS, Bloco H—Sala H29, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- DOI
- https://doi.org/10.3390/v16111768
- Journal volume & issue
-
Vol. 16,
no. 11
p. 1768
Abstract
Endemic and pandemic viruses represent significant public health challenges, leading to substantial morbidity and mortality over time. The COVID-19 pandemic has underscored the urgent need for the development and discovery of new, potent antiviral agents. In this study, we present the synthesis and anti-SARS-CoV-2 activity of a series of benzocarbazoledinones, assessed using cell-based screening assays. Our results indicate that four compounds (4a, 4b, 4d, and 4i) exhibit EC50 values below 4 μM without cytotoxic effects in Calu-3 cells. Mechanistic investigations focused on the inhibition of the SARS-CoV-2 main protease (Mpro) and papain-like protease (PLpro) have used enzymatic assays. Notably, compounds 4a and 4b showed Mpro inhibition activity with IC50 values of 0.11 ± 0.05 and 0.37 ± 0.05 µM, respectively. Furthermore, in silico molecular docking, physicochemical, and pharmacokinetic studies were conducted to validate the mechanism and assess bioavailability. Compound 4a was selected for preliminary drug-likeness analysis and in vivo pharmacokinetics investigations, which yielded promising results and corroborated the in vitro and in silico findings, reinforcing its potential as an anti-SARS-CoV-2 lead compound.
Keywords
- in vitro assays
- SARS-CoV-2 inhibition
- main protease (M<sup>pro</sup>)
- papain-like protease (PL<sup>pro</sup>)
- protease inhibition
- molecular docking