Growth factor signaling pathways are tightly regulated by phosphorylation and include many important kinase targets of interest for drug discovery. Small molecule inhibitors of the bone morphogenetic protein (BMP) receptor kinase ALK2 (ACVR1) are needed urgently to treat the progressively debilitating musculoskeletal disease fibrodysplasia ossificans progressiva (FOP). Dorsomorphin analogues, first identified in zebrafish, remain the only BMP inhibitor chemotype reported to date. By screening an assay panel of 250 recombinant human kinases we identified a highly selective 2-aminopyridine-based inhibitor K02288 with in vitro activity against ALK2 at low nanomolar concentrations similar to the current lead compound LDN-193189. K02288 specifically inhibited the BMP-induced Smad pathway without affecting TGF-β signaling and induced dorsalization of zebrafish embryos. Comparison of the crystal structures of ALK2 with K02288 and LDN-193189 revealed additional contacts in the K02288 complex affording improved shape complementarity and identified the exposed phenol group for further optimization of pharmacokinetics. The discovery of a new chemical series provides an independent pharmacological tool to investigate BMP signaling and offers multiple opportunities for pre-clinical development.

SUMMARY Tau tubulin kinase 1 and 2 (TTBK1 and TTBK2) are highly homologous kinases that are expressed and mediate disease-relevant pathways predominantly in the brain. Distinct roles for TTBK1 and TTBK2 have been delineated. While efforts have been devoted to characterizing the impact to TTBK1 inhibition in diseases like Alzheimer’s disease and amyotrophic lateral sclerosis, TTBK2 inhibition has been less explored. TTBK2 serves a critical function during cilia assembly. Given the biological importance of these kinases, we designed a targeted library from which we identified several chemical tools that engage TTBK1 and TTBK2 in cells and inhibit their downstream signaling. Indolyl pyrimidinamine 10 significantly reduced the expression of primary cilia on the surface of human induced pluripotent stem cells (iPSCs). Furthermore, analog 10 phenocopies TTBK2 KO in iPSCs, confirming an essential role for TTBK2 in ciliogenesis.

ABSTRACT The nsP3 macrodomain is a conserved protein interaction module that plays essential regulatory roles in host immune response by recognizing and removing posttranslational ADP-ribosylation sites during SARS-CoV-2 infection. Thus, targeting this protein domain may offer a therapeutic strategy to combat the current and future virus pandemics. To assist inhibitor development efforts, we report here a comprehensive set of macrodomain crystal structures complexed with diverse naturally-occurring nucleotides, small molecules as well as nucleotide analogues including GS-441524 and its phosphorylated analogue, active metabolites of remdesivir. The presented data strengthen our understanding of the SARS-CoV-2 macrodomain structural plasticity and it provides chemical starting points for future inhibitor development.