La struttura cristallina rivela come il potente inibitore AMPK BAY-3827 silenzia il sensore energetico

AMP-activated protein kinase (AMPK) è un regolatore centrale dell'omeostasi energetica cellulare, che controlla processi che spaziano dall'ossidazione degli acidi grassi e dalla biogenesi mitocondriale all'autofagia e all'assorbimento del glucosio. La sua disregolazione è associata a malattie metaboliche, cancro, neurodegenerazione e invecchiamento. Sebbene l'attivazione farmacologica di AMPK abbia suscitato un intenso interesse nella ricerca, la capacità di inibire selettivamente AMPK è stata ostacolata da composti scarsamente selettivi con significativi effetti off-target, limitando la possibilità di distinguere nettamente la biologia AMPK-dipendente da quella AMPK-indipendente.

Questo studio fornisce la prima caratterizzazione strutturale e cellulare dettagliata di BAY-3827, un potente inibitore di AMPK identificato di recente. Mediante cristallografia a raggi X, i ricercatori hanno risolto una struttura co-cristallina a risoluzione di 2,5 Å del dominio chinasico della subunità α di AMPK in complesso con BAY-3827. La struttura ha rivelato una caratteristica sorprendente e precedentemente non descritta: un ponte disolfuro formatosi tra Cys106 sull'elica αD e Cys174 sull'anello di attivazione. Questo legame covalente sembra stabilizzare l'anello di attivazione in una conformazione che riposiziona Asn162, la quale a sua volta spinge la fenilalanina del motivo DFG (Phe158) verso il lobo C-terminale della chinasi. Questo spostamento disalloggia His137 e interrompe la spina regolatoria — un insieme di residui idrofobici essenziali per l'attività catalitica — bloccando così AMPK in uno stato inattivo.

Negli epatociti primari, BAY-3827 ha efficacemente bloccato la fosforilazione di acetil-CoA carbossilasi 1 (ACC1) in Ser79 stimolata da MK-8722, un substrato canonico di AMPK e regolatore chiave della lipogenesi de novo. Di conseguenza, BAY-3827 ha invertito l'inibizione della lipogenesi indotta da MK-8722, confermando un'attività funzionale sul bersaglio in un sistema cellulare fisiologicamente rilevante. La profilazione del trascrittoma a livello genomico ha inoltre rivelato che BAY-3827 sopprimeva circa il 30% dei geni sovraregolati da MK-8722 in modo AMPK-dipendente, fornendo una visione sistemica della portata dell'inibitore e dei suoi limiti.

Questi risultati stabiliscono BAY-3827 come un composto strumentale meccanicisticamente distinto e di grande valore per l'analisi della funzione di AMPK. Il meccanismo allosterico mediato dal disolfuro rappresenta una nuova modalità di inibizione delle chinasi e potrebbe orientare la progettazione di inibitori di AMPK di nuova generazione con profili farmacologici migliorati. Il blocco trascrizionale incompleto (solo ~30% dei geni AMPK-dipendenti soppressi) evidenzia inoltre limiti importanti: BAY-3827 non riproduce fedelmente il knockout genetico di AMPK a livello trascrizionale, probabilmente a causa di un'attività chinasica residua, di differenze nella selettività per le isoforme o di una segnalazione AMPK contesto-dipendente a cui il composto non riesce ad accedere completamente.

Nel complesso, questo lavoro approfondisce la comprensione della farmacologia degli inibitori di AMPK, offre un dettagliato schema molecolare per la progettazione di farmaci guidata dalla struttura e fornisce un quadro di riferimento per interpretare l'utilità e i limiti di BAY-3827 come strumento di ricerca nella biologia metabolica e legata alla longevità.