En 1956, l'Américain E. W. Sutherland et ses collaborateurs découvrent un facteur thermostable indispensable à l'activation, par l'adrénaline, de la phosphorylase du tissu hépatique. La caractérisation chimique de la substance montre qu'il s'agit d'un nucléotide : l'adénosine 3′,5′-monophosphate cyclique. L'AMP cyclique a été depuis mis en évidence chez toutes les espèces animales, chez les bactéries et chez d'autres organismes unicellulaires, où il joue un rôle essentiel dans la régulation de certaines fonctions cellulaires. La concentration d'AMP cyclique dans la cellule est contrôlée par deux enzymes : l'adénylcyclase (enzyme liée aux membranes), qui transforme l'adénosine triphosphate en AMP cyclique, et une phosphodiestérase (enzyme cytoplasmique), qui dégrade l'AMP cyclique en adénosine 5′- monophosphate.
On a montré que l'adénylcyclase est liée aux récepteurs membranaires de certaines hormones ; or la fixation d'une hormone donnée à son récepteur peut entraîner l'activation ou l'inhibition de l'adénylcyclase, c'est-à-dire modifier la concentration cellulaire d'AMP cyclique. Ce type de mécanisme a été mis en évidence dans la libération du glucose par la cellule hépatique sous l'action de l'adrénaline. Le rôle d'intermédiaire joué par l'AMP cyclique dans l'action de l'adrénaline sur la cellule hépatique a été aussi mis en évidence dans le cas d'autres hormones : thyréostimuline, hormone lutéotrope, vasopressine, glucagon, insuline, histamine. L'AMP cyclique est désigné pour cette raison comme le second messager hormonal. La spécificité de la réponse biologique finale à l'AMP cyclique dépend de la cellule effectrice et, en particulier, de son rôle dans la physiologie de l'animal.
Chez les micro-organismes, l'AMP cyclique possède aussi un rôle de régulateur dans les fonctions cellulaires : il est capable de stimuler la synthèse ou l'induction de certaines enzymes. Il agit soit au niveau de la transcription des gènes en stimulant le taux de synthèse de l'ARN messager, soit au niveau de la traduction en augmentant la vitesse de la synthèse protéique.
Les analogues structuraux de l'AMP cyclique sont entrés dans le domaine de la pharmacologie expérimentale depuis que l'on a découvert que des anomalies du métabolisme de l'AMP cyclique pouvaient jouer un rôle dans diverses maladies (cancer ou diabète, par exemple). Certains de ces analogues ne sont pas aussi actifs que l'AMP cyclique, mais leur action est plus spécifique. Ainsi, le 1-β-D-arabinofuranosyl cytosine 3′,5′-monophosphate cyclique est actif contre les virus à ADN et possède des effets anticancéreux. L'inconvénient de ces substances est surtout leur toxicité.
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