Mammalian STE20-like (MST) kinases 1-4 play key roles in regulating the Hippo and autophagy pathways, and their dysregulation has been implicated in cancer development. In contrast to the well-studied MST1/2, the roles of MST3/4 are less clear, in part due to the lack of potent and selective MST3/4 inhibitors. Here, we re-evaluated literature compounds, and used structure-guided design to optimize the p21-activated kinase (PAK) inhibitor G-5555 (8) to selectively target MST3/4. These efforts resulted in the development of MR24 (24) and MR30 (27) with good kinome-wide selectivity, high potency for MST3/4, and selectivity towards the closely related MST1/2. In combination with the MST1/2 inhibitor PF-06447475 (2) the two MST3/4 inhibitors can be used to elucidate the multiple roles of MST kinases in cells. We found that MST3/4-selective inhibition caused a cell cycle arrest in the G1 phase, while MST1/2 inhibition resulted in accumulation of cells in the G2/M phase. These data point to distinct functions of these closely related kinases, which can now be addressed with subfamily-selective chemical tool compounds.

ABSTRACT Salt-inducible kinases 1-3 (SIK1-3) are key regulators of the LKB1-AMPK pathway and play an important role in cellular homeostasis. Dysregulation of any of the three isoforms has been associated with tumorigenesis in liver, breast, and ovarian cancers. We have recently developed the dual pan-SIK/group I p21-activated kinase (PAK) chemical probe MRIA9. However, inhibition of p21-activated kinases has been associated with cardiotoxicity in vivo , which complicates the use of MRIA9 as a tool compound. Here, we present a structure-based approach involving the back-pocket and gatekeeper residues, for narrowing the selectivity of pyrido[2,3-d]pyrimidin-7(8 H )-one-based inhibitors towards SIK kinases, eliminating PAK activity. Optimization was guided by high-resolution crystal structure analysis and computational methods, resulting in a pan-SIK inhibitor, MR22, which no longer exhibited activity on STE group kinases and displayed excellent selectivity in a representative kinase panel. MR22-dependent SIK inhibition led to centrosome dissociation and subsequent cell-cycle arrest in ovarian cancer cells, as observed with MRIA9, conclusively linking these phenotypic effects to SIK inhibition. Taken together, MR22 represents a valuable tool compound for studying SIK kinase function in cells.