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5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드

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목차

1. 개요

5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드(AICAR)는 세포 내에서 AMP-의존성 단백질 키네이스(AMPK)를 활성화하여 세포 에너지 대사를 조절하는 물질이다. AMPK 활성화는 해당 과정 및 지방산 산화를 촉진하여 ATP 수준을 높이고, 아데노신 신생합성을 통해 ATP와 아데노신 수준을 증가시킨다. 이러한 작용 기전으로 인해 허혈성 심장 질환 치료에 잠재적인 치료 표적으로 연구되고 있으며, 항염증 효과, 포도당 흡수 증가, 심근 경색 환자에게 긍정적인 효과를 보일 수 있다. 그러나 AICAR는 운동 능력 향상 목적으로 사용될 수 있어 세계 반도핑 기구(WADA)에 의해 금지 약물로 지정되었으며, 투르 드 프랑스 대회에서 사용 의혹이 제기되기도 했다.

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5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
IUPAC 이름(1R)-1-(5-아미노-4-카르바모일-1H-이미다졸-1-일)-1,4-안히드로-D-리비톨 5-(다이하이드로젠 포스페이트)
계통 이름[(2R,3S,4R,5R)-5-(5-아미노-4-카르바모일-1H-이미다졸-1-일)-3,4-다이하이드록시옥솔란-2-일]메틸 다이하이드로젠 포스페이트
다른 이름AICAR
아미노이미다졸 카복사마이드 리보뉴클레오타이드
AICA 리보뉴클레오타이드
ZMP
5-아미노-1-β-D-리보푸라노실-이미다졸-4-카복사마이드
식별자
ChemSpider ID58620
InChI1/C9H15N4O8P/c10-7-4(8(11)16)12-2-13(7)9-6(15)5(14)3(21-9)1-20-22(17,18)19/h2-3,5-6,9,14-15H,1,10H2,(H2,11,16)(H2,17,18,19)/t3-,5-,6-,9-/m1/s1
InChIKeyNOTGFIUVDGNKRI-UUOKFMHZBG
ChEMBL483849
표준 InChI1S/C9H15N4O8P/c10-7-4(8(11)16)12-2-13(7)9-6(15)5(14)3(21-9)1-20-22(17,18)19/h2-3,5-6,9,14-15H,1,10H2,(H2,11,16)(H2,17,18,19)/t3-,5-,6-,9-/m1/s1
표준 InChIKeyNOTGFIUVDGNKRI-UUOKFMHZSA-N
CAS 등록번호3031-94-5
UNIIF0X88YW0YK
PubChem65110
KEGGC04677
ChEBI18406
SMILESO=P(O)(O)OC[C@H]2O[C@@H](n1cnc(C(=O)N)c1N)[C@H](O)[C@@H]2O
MeSH 이름AICA+리보뉴클레오타이드
속성
분자식C9H15N4O8P
겉모습해당 없음
밀도해당 없음
녹는점해당 없음
끓는점해당 없음
용해도해당 없음
위험성
주요 위험해당 없음
인화점해당 없음
자연 발화점해당 없음
기타

2. 작용 기작

AICAR는 심장 근육 세포 내에서 AMP-의존성 단백질 키네이스(AMPK)를 활성화시킨다. AMPK는 세포 에너지 항상성을 조절하는 효소로, ATP 고갈에 반응하여 활성화된다. AICAR는 세포 내에서 5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보사이드(ZMP)로 대사되며, ZMP는 AMP와 유사한 구조를 가지고 있어 AMPK를 활성화시킨다. AMPK 활성화는 해당 과정과 지방산 산화를 촉진하여 세포 내 ATP 수준을 회복시키는 데 기여한다. 또한 AICAR는 아데노신 신생합성을 위한 경로에 진입하여 ATP와 아데노신 수준을 증가시킨다. 이러한 AMPK 활성화 및 ATP, 아데노신 수준 증가는 심장 근육 세포의 에너지 대사를 개선하고, 허혈성 심장 질환과 같은 심혈관 질환 치료에 잠재적인 치료 표적으로 연구되고 있다. 이 과정은 세포 내 에너지 항상성을 조절하는 중요한 메커니즘 중 하나로 여겨진다.

2. 1. 아데노신 유사체로서의 역할

AICAR는 아데노신과 구조적 유사성을 공유하며, 특히 리보스 고리 및 질소 염기를 포함하는 부분에서 유사성을 보인다. 이러한 구조적 유사성은 AICAR가 아데노신 키나제(adenosine kinase, AK)와 아데노신 탈아미노효소(adenosine deaminase, ADA)와 같은 효소의 기질로 작용할 수 있음을 의미한다. AK는 아데노신을 AMP로 전환하는 효소이며, ADA는 아데노신을 이노신으로 전환한다. AICAR는 AK와 ADA의 활성을 억제하여 세포 내 아데노신 농도를 증가시킬 수 있다. 이러한 억제 효과는 AICAR의 생물학적 활성에 중요한 역할을 한다.

2. 2. AMPK 활성화

AICAR는 심장 근육 세포에서 AMP-의존성 단백질 키네이스 (AMPK)를 활성화시킨다. AMPK는 세포 에너지 항상성을 조절하는 효소로, 포유류에서 ATP 고갈에 반응하여 활성화된다. AICAR는 세포 내에서 5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보사이드 (ZMP)로 대사되며, ZMP는 AMP와 유사한 구조를 가지고 있어 AMPK를 활성화시킨다. AMPK 활성화는 해당 과정과 지방산 산화를 촉진하여 세포 내 ATP 수준을 회복시키는 데 기여한다. 이러한 AMPK 활성화는 심장 근육 세포의 에너지 대사를 개선하고, 허혈성 심장 질환과 같은 심혈관 질환 치료에 잠재적인 치료 표적으로 연구되고 있다.

2. 3. ATP 및 아데노신 수준 증가

AICAR는 5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보사이드 (AICAR)의 활성 대사체이며, 세포 내에서 아데노신 합성을 증가시키는 것으로 나타났다. AICAR는 아데노신 신생합성을 위한 경로에 진입하여 ATP와 아데노신 수준을 증가시킨다. 이 과정은 세포 내 에너지 항상성을 조절하는 중요한 메커니즘 중 하나로 여겨진다.

3. 의료용 사용

AICAR는 허혈성 심장 질환 치료에 사용될 가능성이 있다. AICAR는 내피 산화 질소 합성효소(eNOS)로부터 일산화 질소(NO) 생성을 증가시켜 항염증 상태를 유도한다. 일산화 질소는 혈관을 확장시키고, 혈소판 응집을 억제하며, 백혈구의 부착을 감소시켜 염증을 완화하는 효과가 있다. AICAR는 eNOS의 인산화를 촉진하여 eNOS의 활성을 증가시킨다. 또한, AICAR는 염증성 사이토카인인 종양 괴사 인자-알파(TNF-α)와 인터루킨-6(IL-6)의 생성을 억제하여 항염증 효과를 나타낸다. AICAR의 전처치 효과는 ATP-민감성 칼륨 통로 및 헴옥시제네이스 의존적 기작을 통해 매개된다.

AICAR는 AMP-활성 단백질 키네이스(AMPK)를 활성화시켜 GLUT4의 세포막으로의 이동을 증가시킨다. 이는 허혈성 재관류 후 심장에서 포도당 흡수를 증가시키는 데 중요한 역할을 한다. AMPK 활성화는 심근 세포 내에서 GLUT4의 위치를 변경시켜 포도당 수송을 촉진한다. AICAR는 심근 경색 환자에게 잠재적인 치료 효과를 보일 수 있다. AICAR 투여는 심근 경색의 빈도와 크기를 줄이는 데 기여하며, 조기 사망 위험을 감소시키고 수술 후 회복을 개선하는 효과를 나타낼 수 있다. 이러한 효과는 AICAR가 심장 근육의 대사 과정을 개선하고, 세포 손상을 줄이는 데 기인하는 것으로 분석된다.

3. 1. 허혈성 전처치 효과

AICAR(5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide)는 심근 경색을 예방하고 세포 사멸을 지연시키는 효과를 보여준다. AICAR는 허혈 직전 또는 허혈 중인 심장을 전처치하여 효과를 나타낸다. AICAR를 투여하면 심장 내 AMPK(AMP-activated protein kinase)가 활성화되고, 이는 세포를 보호하는 일련의 과정을 유도한다. AICAR의 전처치는 허혈-재관류 손상으로부터 심장을 보호하여 심근 경색 발생 위험을 감소시킨다. AICAR는 허혈성 전처치 효과를 통해 심근 세포의 생존율을 높이고, 심장 기능을 보존하는 데 기여한다. AICAR의 이러한 효과는 심장 질환 치료 및 예방에 새로운 가능성을 제시한다.

3. 2. 항염증 효과

AICAR는 내피 산화 질소 합성효소(eNOS)로부터 일산화 질소(NO) 생성을 증가시켜 항염증 상태를 유도한다. 일산화 질소는 혈관을 확장시키고, 혈소판 응집을 억제하며, 백혈구의 부착을 감소시켜 염증을 완화하는 효과가 있다. 특히 AICAR는 eNOS의 인산화를 촉진하여 eNOS의 활성을 증가시킨다. 또한, AICAR는 염증성 사이토카인인 종양 괴사 인자-알파(TNF-α)와 인터루킨-6(IL-6)의 생성을 억제하여 항염증 효과를 나타낸다. 이러한 AICAR의 항염증 효과는 다양한 염증성 질환의 치료에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

3. 3. ATP-민감성 칼륨 통로 및 헴옥시제네이스 의존적 기작

AICAR의 전처치 효과는 ATP-민감성 칼륨 통로 및 헴옥시제네이스 의존적 기작을 통해 매개된다.

3. 4. 포도당 흡수 증가

AICAR는 AMP-활성 단백질 키네이스(AMPK)를 활성화시켜 GLUT4의 세포막으로의 이동을 증가시킨다. 이는 허혈성 재관류 후 심장에서 포도당 흡수를 증가시키는 데 중요한 역할을 한다. AMPK 활성화는 심근 세포 내에서 GLUT4의 위치를 변경시켜 포도당 수송을 촉진한다. 이 과정은 허혈성 손상으로부터 심장을 보호하는 데 기여할 수 있다.

3. 5. 임상적 효과

AICAR는 심근 경색 환자에게 잠재적인 치료 효과를 보일 수 있다. AICAR 투여는 심근 경색의 빈도와 크기를 줄이는 데 기여하며, 조기 사망 위험을 감소시키고 수술 후 회복을 개선하는 효과를 나타낼 수 있다. 이러한 효과는 AICAR가 심장 근육의 대사 과정을 개선하고, 세포 손상을 줄이는 데 기인하는 것으로 분석된다. 임상 연구를 통해 AICAR의 심장 질환 치료 효과에 대한 더 많은 정보가 밝혀질 것으로 기대된다.

4. 운동 능력 향상 약물로서의 사용 및 논란

AICAR는 운동 능력 향상 목적으로 사용될 수 있어, 세계 반도핑 기구(WADA)에 의해 금지 약물로 지정되었다. WADA는 2009년 1월 1일부터 발효된 금지 목록에 AICAR를 포함시켰으며, 이는 "유전자 및 세포 도핑"에 해당하는 물질로 분류되었다. WADA는 AICAR가 선수들의 지구력을 향상시켜 공정 경쟁의 정신에 위배된다고 판단했다. 엘리트 선수들의 AICAR 사용 여부를 판단하기 위한 표준 수준은 아직 정해지지 않았다.

4. 1. 투르 드 프랑스 관련 의혹

2009년 투르 드 프랑스 대회에서 일부 선수들이 AICAR를 사용했을 가능성에 대한 의혹이 제기되었다. AICAR는 운동 능력 향상 효과를 가진 물질로, 당시 세계 반도핑 기구 (WADA)에서 금지 약물로 지정하지 않았지만, 사용 시 심각한 부작용을 초래할 수 있다는 우려가 있었다. 이 의혹은 선수들의 혈액 샘플 분석을 통해 제기되었으며, 추가 조사가 진행되었지만, 공식적인 징계로 이어지지는 않았다. 당시 대회에서 랜스 암스트롱을 비롯한 일부 선수들이 의심을 받았지만, 혐의를 부인했다.

4. 2. 세계 반도핑 기구의 규제

AICAR는 2009년 세계 반도핑 기구(WADA)에 의해 금지 약물로 지정되었다. 이는 2009년 1월 1일부터 발효되었다. WADA는 "유전자 및 세포 도핑"에 해당하는 물질로 AICAR를 분류했다. AICAR는 선수들의 지구력을 향상시키기 위해 사용될 수 있으며, 이는 공정 경쟁의 정신에 위배된다고 판단했다. 엘리트 선수들의 AICAR 사용 여부를 판단하기 위한 표준 수준은 아직 결정되지 않았다.

참조

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