Guida alla ricerca su AICAR: il composto attivatore dell'AMPK

AICAR è un composto di ricerca di laboratorio noto soprattutto come attivatore della protein chinasi attivata dall'AMP (AMPK), l'enzima che le cellule utilizzano per rilevare i bassi livelli di energia e rispondervi. Chimicamente, AICAR è il ribonucleotide 5-aminoimidazolo-4-carbossammide — chiamato anche ribonucleotide AICA o ZMP —, un analogo dell'adenosina e un intermedio naturale nella via di biosintesi delle purine de novo. All'interno delle cellule, la sua forma ribosidica, acadesine, viene fosforilata ad AICAR, e AICAR imita l'effetto dell'adenosina monofosfato (AMP) sull'AMPK, attivando lo stesso programma di conservazione dell'energia innescato dall'esercizio e dal digiuno. I ricercatori studiano AICAR per indagare come la segnalazione dell'AMPK controlli l'assorbimento del glucosio, l'ossidazione degli acidi grassi e la biogenesi mitocondriale in modelli cellulari e animali, motivo per cui il composto è diventato famoso nella stampa scientifica come candidato “mimetico dell'esercizio”.

Che cos'è AICAR?

Alcuni punti di identità sono importanti per chi legge la letteratura, perché due nomi vengono spesso usati in modo intercambiabile per due molecole diverse:

• AICAR / ZMP: il ribonucleotide — ribonucleotide 5-aminoimidazolo-4-carbossammide. Questa è la molecola che attiva effettivamente l'AMPK, ed è anche un normale intermedio metabolico: nella biosintesi delle purine, lo ZMP viene convertito successivamente in IMP.
• Acadesine: il riboside (riboside AICA), formula C9H14N4O5, peso molecolare approssimativo di 258.2 Da. Acadesine attraversa le membrane cellulari e, una volta all'interno della cellula, l'enzima adenosina chinasi lo fosforila a ZMP. La maggior parte della ricerca su colture cellulari e su animali descritta come “trattamento con AICAR” somministra in realtà acadesine e si basa su questa conversione intracellulare.
• Classe: analogo di nucleoside/nucleotide; attivatore dell'AMPK; nella regolamentazione sportiva, classificato come modulatore metabolico.
• Stato: un composto di ricerca. È stato studiato come candidato farmaco, ma non è mai stato approvato come medicinale in nessun luogo.

La distinzione è più di una questione di pedanteria. Una scheda tecnica che riporta AICAR e una fiala che contiene acadesine si riferiscono al precursore e al prodotto dello stesso passaggio intracellulare, e un laboratorio che progetta un esperimento — o che controlla un certificato di analisi — deve sapere quale dei due sta effettivamente maneggiando.

Contesto: da candidato per la chirurgia cardiaca alla fama come mimetico dell'esercizio

AICAR è entrato nella ricerca attraverso la cardiologia, non il metabolismo. Acadesine è stato sviluppato come “agente regolatore dell'adenosina”: aumentando la disponibilità locale di adenosina nel tessuto ischemico, mirava a proteggere il cuore durante gli episodi di ridotto flusso sanguigno. Negli anni Novanta e Duemila è stato studiato in contesti di chirurgia cardiaca e di infarto, culminando in un ampio studio di Phase III su pazienti sottoposti a bypass coronarico. Quello studio è stato interrotto precocemente dopo che un'analisi intermedia ha mostrato che difficilmente avrebbe dimostrato il beneficio previsto, e il programma di sviluppo del farmaco si è concluso senza un prodotto approvato.

La seconda e maggiore fama del composto è arrivata da un'altra direzione. Nel 2008, i ricercatori del Salk Institute hanno riportato sulla rivista Cell che topi sedentari ai quali era stato somministrato AICAR per diverse settimane correvano distanze sostanzialmente maggiori nei test di resistenza rispetto ai topi sedentari non trattati, e che il composto attivava geni associati all'adattamento all'esercizio nel muscolo. I giornali hanno riassunto il risultato come “esercizio in una pillola”, e AICAR è diventato la sonda farmacologica più nota dell'idea che i benefici cellulari dell'esercizio siano attivati da vie di rilevamento dell'energia — soprattutto dall'AMPK. Una conseguenza regolatoria è seguita rapidamente: a causa del suo meccanismo legato alla prestazione, AICAR è vietato nello sport agonistico e compare nella Lista delle Sostanze Vietate dell'Agenzia Mondiale Antidoping (WADA) tra i modulatori metabolici.

Meccanismo d'azione: imitare l'AMP sull'AMPK

L'AMPK è un enzima eterotrimerico — subunità α catalitica, β strutturale e γ regolatrice — che funziona come l'indicatore di carburante della cellula. Quando l'energia scarseggia, il rapporto AMP/ATP aumenta, l'AMP si lega alla subunità γ e l'AMPK si attiva. L'AMPK attiva lavora quindi per ripristinare l'equilibrio energetico: promuove processi che producono ATP, come l'assorbimento del glucosio e l'ossidazione degli acidi grassi, e sopprime processi che consumano ATP, come la sintesi degli acidi grassi e delle proteine.

AICAR sfrutta l'indicatore piuttosto che la fornitura di carburante. Lo ZMP è strutturalmente abbastanza simile all'AMP da legarsi agli stessi siti regolatori della subunità γ dell'AMPK. Il risultato, stabilito nella letteratura biochimica fondamentale, è che lo ZMP sia attiva allostericamente l'AMPK sia promuove la sua fosforilazione attivante sulla treonina 172 da parte della chinasi a monte LKB1, proteggendo al contempo quel fosfato dalla rimozione. In termini pratici per il laboratorio, acadesine offre ai ricercatori un modo farmacologico per attivare l'AMPK in cellule coltivate e tessuti animali senza modificare lo stato energetico effettivo delle cellule — senza digiuno, senza esercizio, senza veleni mitocondriali. I parametri a valle riportati in letteratura includono la fosforilazione dell'acetil-CoA carbossilasi (ACC), la traslocazione del trasportatore di glucosio GLUT4 alla membrana cellulare in modelli muscolari e l'induzione di PGC-1α, un coattivatore trascrizionale associato alla biogenesi mitocondriale.

Per cosa i ricercatori studiano AICAR

Metabolismo dell'esercizio e modelli di resistenza

L'area di ricerca più citata deriva dallo studio del 2008 su Cell: studi pubblicati hanno esaminato se l'attivazione farmacologica dell'AMPK potesse riprodurre, in animali sedentari, adattamenti cellulari normalmente prodotti dall'allenamento di resistenza. Lavori successivi hanno utilizzato AICAR per analizzare quali parti della risposta all'esercizio — espressione degli enzimi ossidativi, contenuto mitocondriale, selezione dei substrati — siano dipendenti dall'AMPK e quali richiedano altri segnali che un singolo composto non riproduce.

Modelli di malattie metaboliche

Poiché l'attivazione dell'AMPK aumenta l'assorbimento del glucosio e l'ossidazione degli acidi grassi nei sistemi sperimentali, studi pubblicati hanno esaminato AICAR in modelli di roditori con resistenza all'insulina e diabete di tipo 2, in cui i ricercatori hanno misurato gli effetti sulla gestione del glucosio, sull'accumulo di lipidi e sulla segnalazione dell'insulina in muscolo, fegato e tessuto adiposo. Si tratta di studi preclinici su modelli: vengono utilizzati per mappare il comportamento delle vie metaboliche, e i loro risultati sono parte del motivo per cui l'AMPK rimane un bersaglio farmacologico molto studiato, anche se AICAR stesso non è un medicinale.

Metabolismo delle cellule tumorali

L'AMPK si trova a un incrocio della segnalazione di crescita — frena la via mTOR da cui dipendono molti tumori —, quindi studi pubblicati hanno esaminato AICAR in linee cellulari tumorali, inclusi modelli di cancro alla prostata, al seno e del sangue, misurando gli effetti sulla proliferazione, sulla progressione del ciclo cellulare e sulle vie di sopravvivenza in vitro. Questa letteratura è basata sulle cellule e meccanicistica; utilizza AICAR come sonda di via, non come candidato al trattamento.

Ricerca cardiaca e ischemica

Il campo originario del composto rimane attivo. Studi pubblicati hanno esaminato AICAR e acadesine in modelli di danno da ischemia-riperfusione, in cui le domande riguardano la segnalazione dell'adenosina, la conservazione dell'energia nei tessuti privi di ossigeno e la tempistica della protezione attorno a un evento ischemico.

Modelli di invecchiamento e longevità

Poiché l'attività dell'AMPK e il mantenimento mitocondriale guidato da PGC-1α sono temi ricorrenti nella biologia dell'invecchiamento, studi pubblicati hanno esaminato AICAR in modelli correlati all'invecchiamento, inclusi lavori sul mantenimento muscolare e sulla flessibilità metabolica in animali più anziani. Come per le altre aree sopra indicate, il quadro pubblicato è preclinico ed esplorativo.

Come AICAR differisce dai composti correlati

AICAR viene frequentemente raggruppato con altri composti di ricerca “mimetici dell'esercizio” o metabolici, ma i meccanismi sono distinti. La metformina, il farmaco correlato all'AMPK più studiato, attiva l'AMPK indirettamente — in gran parte inibendo lievemente il complesso mitocondriale I, il che modifica il rapporto AMP/ATP della cellula; AICAR salta questo passaggio e imita l'AMP direttamente sull'enzima. GW501516, il composto studiato insieme ad AICAR nell'articolo del 2008 su Cell, agisce attraverso un bersaglio completamente diverso, il recettore nucleare PPARδ, e non è un attivatore dell'AMPK. E AICAR non deve essere confuso con i peptidi: è un analogo nucleosidico a piccola molecola, non una catena di amminoacidi, quindi appartiene a una classe di reagenti diversa dai composti peptidici che costituiscono la maggior parte di un catalogo di ricerca. Ciò che i composti in questo ambito condividono è solo la domanda di ricerca — come le vie di rilevamento dell'energia regolano il metabolismo —, non un meccanismo, una struttura o una base di evidenze.

Domande frequenti

Cosa significa AICAR?

AICAR significa ribonucleotide 5-aminoimidazolo-4-carbossammide. È chiamato anche ribonucleotide AICA o ZMP, e si presenta naturalmente come intermedio nella sintesi de novo delle purine.

Acadesine è la stessa cosa di AICAR?

Non esattamente. Acadesine è il precursore ribosidico; le cellule lo assorbono e lo fosforilano ad AICAR (ZMP), che è la molecola che attiva l'AMPK. La maggior parte degli articoli di ricerca usa “AICAR” per il trattamento anche quando ciò che è stato somministrato è acadesine.

Perché AICAR è chiamato un mimetico dell'esercizio?

Perché un ampiamente riportato studio del 2008 su Cell ha rilevato che topi sedentari trattati con AICAR mostravano una maggiore resistenza e un'attivazione genica nel muscolo simile a quella dell'esercizio. Il termine descrive un concetto di ricerca — attivare farmacologicamente vie associate all'esercizio —, non un uso approvato.

AICAR è un peptide?

No. AICAR è una piccola molecola, un analogo del nucleoside adenosina e del nucleotide AMP. Non contiene alcuna catena di amminoacidi, il che lo distingue dai peptidi di ricerca.

AICAR è approvato o legale nello sport?

AICAR non è un medicinale approvato in alcun paese; il suo programma di sviluppo farmacologico si è concluso dopo che un ampio studio di Phase III è stato interrotto precocemente. Nello sport, è vietato in ogni momento secondo la Lista delle Sostanze Vietate della WADA come modulatore metabolico.

Una nota sull'uso nella ricerca e sulla verifica

AICAR viene fornito e utilizzato rigorosamente come composto di ricerca di laboratorio, e ad esso si applicano gli standard validi per qualsiasi reagente di ricerca: identità e purezza devono essere verificate, non date per scontate — soprattutto data la sovrapposizione di nomi tra acadesine e AICAR, in cui confermare quale molecola si trova nella fiala è di per sé parte del controllo qualità. NUPEPS PEPTIDES fornisce composti di ricerca di laboratorio con certificati di analisi pubblicati, con purezza verificata tramite HPLC e rapporti di laboratori terzi disponibili nella pagina COAs del sito (nupeps.com/coas), in modo che i ricercatori possano controllare la documentazione analitica alla base di un prodotto prima che arrivi al banco di laboratorio.