La structure cristalline révèle comment le puissant inhibiteur AMPK BAY-3827 neutralise le capteur d'énergie

L'AMP-activated protein kinase (AMPK) est un régulateur central de l'homéostasie énergétique cellulaire, contrôlant des processus allant de l'oxydation des acides gras et de la biogenèse mitochondriale à l'autophagie et à l'absorption du glucose. Sa dérégulation est associée aux maladies métaboliques, au cancer, à la neurodégénérescence et au vieillissement. Bien que l'activation pharmacologique de l'AMPK ait suscité un vif intérêt dans la recherche, la capacité à inhiber sélectivement l'AMPK a été freinée par des composés peu sélectifs aux effets hors-cible significatifs — limitant ainsi la possibilité de distinguer clairement la biologie dépendante de l'AMPK de celle qui en est indépendante.

Cette étude fournit la première caractérisation structurale et cellulaire détaillée de BAY-3827, un inhibiteur puissant de l'AMPK récemment identifié. Par cristallographie aux rayons X, les chercheurs ont résolu une co-structure cristalline à une résolution de 2,5 Å du domaine kinase de la sous-unité α de l'AMPK en complexe avec BAY-3827. La structure a révélé une caractéristique frappante et jusqu'alors non décrite : un pont disulfure formé entre Cys106 sur l'hélice αD et Cys174 sur la boucle d'activation. Cette liaison covalente semble stabiliser la boucle d'activation dans une conformation qui repositionne Asn162, laquelle repousse à son tour la phénylalanine du motif DFG (Phe158) vers le lobe C-terminal de la kinase. Ce déplacement déstabilise His137 et perturbe la « regulatory spine » — un ensemble de résidus hydrophobes essentiels à l'activité catalytique — verrouillant ainsi l'AMPK dans un état inactif.

Dans des hépatocytes primaires, BAY-3827 a efficacement bloqué la phosphorylation de l'acétyl-CoA carboxylase 1 (ACC1) en Ser79 stimulée par MK-8722, un substrat canonique de l'AMPK et régulateur clé de la lipogenèse de novo. En parallèle, BAY-3827 a inversé l'inhibition de la lipogenèse induite par MK-8722, confirmant une activité fonctionnelle sur la cible dans un système cellulaire physiologiquement pertinent. Le profilage transcriptomique à l'échelle du génome entier a en outre révélé que BAY-3827 supprimait environ 30 % des gènes surexprimés par MK-8722 de manière dépendante de l'AMPK, offrant une vision systémique de la portée de l'inhibiteur et de ses limites.

Ces résultats établissent BAY-3827 comme un composé outil mécanistiquement distinct et précieux pour explorer la fonction de l'AMPK. Le mécanisme allostérique médié par le pont disulfure représente un nouveau mode d'inhibition des kinases et pourrait guider la conception d'inhibiteurs de l'AMPK de nouvelle génération aux profils pharmacologiques améliorés. Le blocage transcriptionnel incomplet (seulement ~30 % des gènes dépendants de l'AMPK étant supprimés) souligne également des limites importantes : BAY-3827 ne reproduit pas fidèlement l'invalidation génétique de l'AMPK au niveau transcriptionnel, probablement en raison d'une activité kinase résiduelle, de différences de sélectivité entre isoformes, ou d'une signalisation AMPK contextuelle à laquelle le composé ne peut pas pleinement accéder.

Dans l'ensemble, ce travail approfondit la compréhension de la pharmacologie des inhibiteurs de l'AMPK, offre un plan moléculaire détaillé pour la conception de médicaments guidée par la structure, et fournit un cadre pour interpréter l'utilité et les limites de BAY-3827 en tant qu'outil de recherche en biologie métabolique et liée à la longévité.