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브루스 보이틀러

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1. 개요

브루스 보이틀러는 미국의 면역학자이자 유전학자로, 1957년 일리노이주에서 태어나 캘리포니아에서 성장했다. 1981년 시카고 대학교 의과대학에서 의사 자격을 취득하고, 록펠러 대학교에서 박사 후 연구원으로 TNF 연구를 수행했다. 1993년부터 1998년까지 포유동물의 지질다당류 수용체를 발견했으며, 2000년 스크립스 연구소로 옮겨 톨유사수용체(TLR)의 기작을 연구했다. 보이틀러는 TLR이 병원체를 직접 인식한다는 것을 밝혀내 선천 면역계의 작동 기전을 밝히는 데 기여했으며, 2011년 쥘 A. 호프만, 랄프 M. 스타인만과 함께 노벨 생리학·의학상을 수상했다. 그는 TNF 연구를 통해 에타너셉트 개발에 기여했으며, 자동 감수분열 매핑(AMM) 기법을 발명하여 유전학 연구에 기여했다.

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브루스 보이틀러 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
브루스 보이틀러
텍사스 대학교 사우스웨스턴 메디컬 센터, 2021년. Brian Coats 촬영
출생일1957년 12월 29일
출생지미국 일리노이주 시카고
국적미국
분야면역학
직장텍사스 대학교 사우스웨스턴 메디컬 센터
모교시카고 대학교, 캘리포니아 대학교 샌디에이고
배우자바버라 란즐 (1980년경 결혼 - 1988년 이혼, 자녀 3명)
수상
수상2011년 노벨 생리학·의학상
로마자 표기
로마자 표기Beutler
일본어 표기
일본어ブルース・ボイトラー

2. 생애

브루스 보이틀러는 1957년 미국 일리노이주 시카고에서 태어나, 1981년 시카고 대학교에서 의학 박사(M.D.) 학위를 받았다.[16] 1983년까지 텍사스 대학교 사우스웨스턴 메디컬센터에서 내과 인턴 및 신경과 레지던트 과정을 거쳤다.

록펠러 대학교에서 박사 후 연구원으로 종양괴사인자](TNF) 연구를 시작했으며,[57] 1986년

2. 1. 어린 시절과 교육

브루스 보이틀러는 1957년 미국 일리노이주 시카고유대인 가정에서 태어났다.[10] 1959년부터 1977년까지 남부 캘리포니아에서 성장했으며, 주로 로스앤젤레스 북동쪽 교외인 샌 개브리얼 밸리의 아케이디아에서 살았다. 그는 샌 개브리얼 산맥과 세쿼이아, 요세미티, 조슈아 트리, 그랜드 캐니언 등 지역 국립공원에서 하이킹을 즐기며 생물에 대한 관심을 키웠다.[11]

14세에서 18세 사이에는 아버지 어니스트 보이틀러의 연구실에서 적혈구 효소 분석 및 단백질 분리 방법을 배우며 실험 생물학을 접했다. 17세에는 글루타티온 과산화 효소의 전기영동 변이[12]와 무기 셀레나이트의 촉매 활성[13]에 대한 연구를 발표하기도 했다.

보이틀러는 포유류 유전학자 오오노 스스무의 연구실에서 H-Y 항원을 연구하며 면역학과 생쥐 유전학에 대한 지식을 쌓았다.[15] UCSD 재학 시절에는 초파리 유전학자 댄 린즐리의 실험실에서 연구하며 유전학 연구 방법을 익혔다.[11]

패서디나의 폴리테크닉 스쿨에서 중등 교육을 받은 보이틀러는 16세에 고등학교를 졸업하고 UCSD에 입학, 1976년 18세에 학사 학위를 받았다. 1977년 시카고 대학교 의과대학에 입학하여 1981년 23세에 의학 박사(M.D.) 학위를 취득했다.[16]

1981년부터 1983년까지 텍사스 대학교 사우스웨스턴 메디컬센터에서 내과 인턴 및 신경과 레지던트 과정을 거쳤다.

2. 2. 연구 경력

브루스 보이틀러는 록펠러 대학교에서 앤터니 세라미(Anthony Cerami)의 지도 하에 박사 후 연구원으로 일하며 종양괴사인자](TNF) 연구를 시작했다.[57] 1986년

3. 주요 연구 업적

브루스 보이틀러는 선천성 면역, 종양 괴사 인자(TNF), 톨유사수용체(TLR) 연구에서 중요한 업적을 남겼다.

앤서니 세라미와 함께 록펠러 대학교에서 연구하면서(1983-1986) 지질다당류(LPS)에 의해 활성화된 생쥐 대식세포 배양액에서 생쥐 TNF를 분리했다.[17] TNF는 만성 질환에서 쇠약을 유발하는 물질로, 지방 세포에서 지단백질 리파아제 합성을 억제하여 지방산 흡수와 재에스테르화를 막는다.[18] 보이틀러는 LPS로 활성화된 대식세포 배지를 순차적으로 분획하여 TNF를 정제하고, N-말단 서열을 확인하여 생쥐 TNF임을 밝혔다.[19] 또한, 인간 TNF가 강력한 활성을 가지고 있음을 확인했다.[18]

TNF는 암세포를 죽이는 능력 외에도 이화 작용 전환자 역할을 하며,[20] 내독소 유도 쇼크의 주요 매개체이다.[21] 보이틀러는 생쥐 TNF에 대한 항체를 생성하여 LPS를 투여한 생쥐의 TNF를 중화함으로써 이를 입증했다.[21] TNF에 대한 수동 면역요법은 LPS에 대한 전신 염증 반응을 완화시켰다.

TNF가 급성 전신 염증 질환을 유발한다는 발견은 만성 염증성 질환에서 TNF의 역할을 예고했다. 보이틀러는 정제된 TNF가 배양된 인간 활막 세포에서 콜라게나아제와 프로스타글란딘 E2 분비를 유발하여 염증 관련 반응을 일으킨다는 것을 입증했다.[22] 이는 TNF가 류마티스 관절염에 중요한 역할을 할 수 있다는 초기 단서였다.[23]

1986년, 보이틀러는 UT 사우스웨스턴 메디컬 센터와 하워드 휴즈 의학 연구소 교수로 초빙되었다. 그는 TNF 차단의 임상적 적용 가능성을 인지하고, TNF 수용체 단백질 결합 부위를 면역글로불린 중쇄에 융합한 재조합 분자를 발명하여 특허를 받았다.[30] 이 키메라 시약은 TNF와 림포톡신에 대해 높은 친화력, 특이성, 낮은 항원성, 뛰어난 안정성을 가졌다. 인간 p75 수용체 키메라 단백질은 에타너셉트로 널리 사용되어 740억달러 이상의 판매를 달성했다.[31]

보이틀러는 포유류 면역 세포에 대한 LPS 작용에 관심을 갖고, TNF 생산물을 표현형 지표로 사용하여 LPS 수용체를 식별하고자 했다. 그는 위치 클로닝을 통해 TLR4가 포유류 LPS 수용체 복합체의 막 횡단 성분임을 증명했다.[159]

TLR은 선천 면역 반응을 개시하고, 병원체 및 미생물 유래 특정 분자를 감지한다. 인간에게는 10종류의 TLR이 알려져 있으며, 미생물 인식 기능 외에도 쇼크, 전신 염증, 자가 면역 질환, 무균 염증 병인에 중요한 역할을 한다.[160] 보이틀러는 TLR 연구로 2011년 노벨 생리학·의학상을 수상했다.

보이틀러는 포유류 면역 분석을 위해 순방향 유전학 방법론을 적용했다. 알킬화제인 ENU를 사용하여 무작위 돌연변이를 유발하고, 면역 기능에 변화를 일으키는 생식 세포 변이를 만들었다. 이 연구를 통해 선천성 면역 반응에 중요한 다수의 신호 전달 분자를 발견하여,[161][162][163] 자연 면역의 생화학적 기전을 밝히는 데 기여했다.

ENU에 의한 돌연변이 유발은 병인 인자를 정의하는 포괄적인 반응 연구에도 사용되었다. 이들 유전자는 "감각", "신호 전달", "이펙터", "항상성", "발육" 등으로 분류되었으며, 일부는 예상 밖의 결과를 보였다. 예를 들어, 관상 동맥 평활근의 Kir6.1 ATP 감수성 칼륨 채널은 미생물 감염 시 중요한 항상성 유지 역할을 하며, 이 채널에 이상이 생기면 감염 중 급사 가능성이 있다는 것을 발견했다[164]

이러한 연구 과정에서 보이틀러 연구팀은 ENU 돌연변이로 인해 현저한 이상 표현형이 나타난 흡수[165], 청각[166], 배 발생[167]에 중요한 유전자들을 특정했다.

3. 1. 종양괴사인자(TNF) 연구

보이틀러는 록펠러 대학교의 앤서니 세라미 연구실에서 조교수로 재직하면서(1983-1986) 선천성 면역에 대한 연구를 시작했다. 그는 지질다당류(LPS)에 의해 활성화된 생쥐 대식세포 배양액에서 생쥐 종양 괴사 인자(TNF)를 분리했다.[17] 세라미는 이 물질이 만성 질환에서 쇠약을 유발한다고 보았다. 이 물질의 생물학적 활성은 지방 세포에서 지단백질 리파아제 합성을 억제하는 것이었고, 이는 지방 세포 내에서 지방산의 흡수와 재에스테르화를 막아 쇠약에 기여하는 것으로 여겨졌다.[18] 보이틀러는 LPS로 활성화된 대식세포 배지를 순차적으로 분획하고 각 단계에서 활성을 측정하여 이 물질을 순수하게 정제했다.[19] 이 물질의 N-말단 서열을 확인한 결과, 그는 이를 생쥐 종양 괴사 인자(TNF)로 인식했으며, 강력한 TNF 활성을 가지고 있음을 보였다. 또한, 매우 다른 분석법으로 분리된 인간 TNF가 강력한 활성을 가지고 있음을 확인했다.[18]

다른 연구자들에 의해 동시대에 분리된 인간 TNF[20]는 당시 암세포를 죽이는 능력으로만 정의되었다. TNF가 이화 작용 전환자로서의 별도의 역할을 한다는 것을 발견한 것은 매우 흥미로웠다. 더욱 중요한 것은, 보이틀러가 TNF가 내독소 유도 쇼크의 주요 매개체 역할을 한다는 것을 입증했다는 것이다.[21] 그는 생쥐 TNF에 대한 항체를 생성하여 LPS를 투여한 생쥐의 TNF를 중화하는 데 사용함으로써 이를 수행했다.[21] LPS에 대한 종종 치명적인 전신 염증 반응은 TNF에 대한 수동 면역요법으로 유의하게 완화되었다.

TNF가 급성 전신 염증 질환(LPS 유도 쇼크)을 유발한다는 발견은 수많은 만성 염증성 질환에서 TNF의 인과적 역할을 예고했다. J.-M. Dayer와 함께 보이틀러는 정제된 TNF가 배양된 인간 활막 세포에서 콜라게나아제와 프로스타글란딘 E2의 분비를 유발하는 등 염증 관련 반응을 유발할 수 있음을 입증했다.[22] 이는 TNF가 류마티스 관절염에 인과적으로 중요한 역할을 할 수 있다는 초기 단서였다(나중에 Feldmann, Brennan, Maini에 의해 밝혀짐[23]).

보이틀러는 1986년 UT 사우스웨스턴 메디컬 센터와 하워드 휴즈 의학 연구소의 교수로 초빙되었다. TNF 차단이 임상적 적용 가능성이 있다는 것을 알고, 그는 대학원생 데이비드 크로포드(David Crawford)와 박사후 연구원 카르스텐 페펠(Karsten Peppel)과 함께 TNF를 ''생체 내''에서 중화하도록 특별히 설계된 재조합 분자를 발명하고 특허를 받았다(특허 번호 [https://patents.google.com/patent/US5447851B1/en US5447851B1]).[30] TNF 수용체 단백질의 결합 부위를 중쇄에 융합하여 수용체 이합체화를 유도하여,[30] 이들은 TNF와 림포톡신이라는 밀접하게 관련된 사이토카인 모두에 대해 놀랍도록 높은 친화력과 특이성, 낮은 항원성, 그리고 ''생체 내''에서 뛰어난 안정성을 가진 키메라 시약을 생산했다. 인간 p75 수용체 키메라 단백질은 이후 류마티스 관절염, 크론병, 건선, 그리고 다른 형태의 염증 치료에 약물 에타너셉트로 널리 사용되었다. 암젠(Amgen)에 의해 판매된 에타너셉트는 740억달러 이상의 판매를 달성했다.[31]

3. 2. 톨유사수용체(TLR) 연구

보이틀러는 포유류의 면역 세포에 대한 지질다당류(LPS) 작용에 관심을 갖고, TNF 생산물을 표현형 지표로 사용하여 LPS 수용체를 식별하고자 했다. 1960년대부터 포유류 Lps 위치가 모든 LPS에 대한 생체 반응의 중요한 유전적 결정기로 알려져 있었기에, 그는 위치 클로닝을 통해 수용체의 동일성을 밝히려 했다.[158] 그 결과, 미생물 감염에 대한 중요한 센서를 발견하였고, 포유류의 톨유사수용체(TLR) 중 하나인 TLR4가 포유류 LPS 수용체 복합체의 막 횡단 성분임을 증명했다.[159]

TLR은 선천 면역 반응을 개시하고, 병원체뿐만 아니라 미생물 유래 특정 분자를 감지하는 역할을 한다. 현재 인간에게는 10종류의 TLR이 알려져 있으며, 이들은 미생물을 인식하는 기능으로 널리 알려져 있다. 또한, 감염 경과에 따라 발생하는 쇼크나 전신 염증과 같은 중증 질환을 매개하며, 전신 홍반 루푸스와 같은 자가 면역 질환이나 무균 염증의 병인에 중요한 역할을 한다.[160] 이러한 TLR 연구를 통해 보이틀러는 2011년 노벨 생리학·의학상을 수상했다.

3. 3. 순방향 유전학 연구

브루스 보이틀러는 포유류 면역 분석을 위해 순 유전학 방법론을 적용했다. 이 과정에서 알킬화제인 ENU를 사용하여 무작위 돌연변이를 유발하고, 면역 기능에 변화를 일으키는 생식 세포 변이를 만들었다. 이러한 순방향 유전학 연구를 통해 선천성 면역 반응에 중요한 다수의 신호 전달 분자를 발견하여[161][162][163], 자연 면역의 생화학적 기전을 밝히는 데 기여했다.

ENU에 의한 돌연변이 유발은 보이틀러 연구팀에 의해 병인 인자를 정의하는 포괄적인 반응을 연구하는 데에도 사용되었다. 이들 유전자는 "감각", "신호 전달", "이펙터", "항상성", "발육" 등으로 분류되었으며, 일부는 예상 밖의 결과를 보였다. 예를 들어, 관상 동맥 평활근의 Kir6.1 ATP 감수성 칼륨 채널은 미생물 감염 시 중요한 항상성 유지 역할을 하며, 이 채널에 이상이 생기면 감염 중 급사 가능성이 있다는 것을 발견했다[164]

이러한 연구 과정에서 보이틀러 연구팀은 ENU 돌연변이로 인해 현저한 이상 표현형이 나타난 흡수[165], 청각[166], 배 발생[167]에 중요한 유전자들을 특정했다.

4. 수상 및 인정

연도수상 및 인정 내역주최공동 수상국가비고
1993년알렉산더 폰 훔볼트 펠로우독일
1994년젊은 연구자상미국 임상 연구 연맹미국
2001년"피인용이 많은" 연구자과학 정보 연구소미국
2004년로베르트 코흐상로베르트 코흐 재단율레스 호프만|쥘 아. 호프만de, 아키라 시즈오독일
2006년윌리엄 B. 콜리 상암 연구소아키라 시즈오미국
2006년그랑프리 샤를 레오폴드 마이에르프랑스 과학 아카데미프랑스
2007년NIH/NIGMS MERIT 상미국
2007년발잔상국제 발잔 재단율레스 호프만|쥘 아. 호프만de이탈리아 및 스위스
2007년명예 의학 박사 학위뮌헨 공과대학교독일
2008년프레데릭 B. 뱅 상스탠리 왓슨 재단미국
2008년"인용상"톰슨 로이터
2009년윌 로저스 연구소 과학 연구 연례상미국
2009년올버니 의과대학상찰스 A. 디나렐로, 랄프 M. 스타인만미국
2009년명예 박사 학위샤먼 대학교중국
2010년시카고 대학교, 전문 업적 인용미국
2011년쇼상율레스 호프만|쥘 아. 호프만de, 루슬란 M. 메즈히토프중국
2011년노벨 생리학·의학상율레스 호프만|쥘 아. 호프만de, 랄프 M. 스타인만스웨덴[152]
2012년드렉셀 의학 면역학상미국
2012년명예 교수트리니티 칼리지아일랜드
2013년랍비 샤이 샥나이 기념 면역학 및 암 연구상예루살렘 히브리 대학교이스라엘
2013년시카고 대학교 공로상미국
2013년코르스마이어 상미국
2013년명예 교수베이징 대학중국
2014년명예 교수상하이 자오퉁 대학교중국
2014년샤먼 대학교, 뵈틀러 연구소 의장중국
2014년명예 교수샤먼 대학교중국
2015년명예 박사칠레 대학교칠레
2015년명예 박사마르세유 대학교프랑스
2015년명예 박사노르웨이 과학기술대학교노르웨이
2015년나레수안 대학교 명예 교수태국
2016년UCSD 우수 동문상미국
2016년명예 박사아테네 대학교그리스
2017년명예 의학 박사오타와 대학교캐나다
2017년명예 교수톈진 대학교중국
2019년명예 학위유대 신학 대학미국
2019년의학 및 외과 명예 석사 학위 (LM41)카탄자르의 마그나 그레치아 대학교이탈리아



미국 과학 아카데미, 미국 의학 연구소 등 많은 학술 단체에서 수상했다. 유럽 분자 생물학 연구소의 준회원이자, 미국 내과학회, 미국 임상 시험 학회의 회원으로 활동하고 있다. 또한, 2001년 이후 과학 정보 연구소는 보이틀러를 면역학 분야에서 영향력 있는 인물로 계속해서 게재하고 있으며, Thomson-Reuters에 의해 Citation Laureate에도 게재되었다.

5. 가족

브루스 보이틀러는 어니스트 보이틀러(1928-2008)와 브론델 메이 보이틀러(née 플라이셔, 1928-2019)의 셋째 아들이었다. 형제로는 두 명의 형(스티븐[1952년생]과 얼[1954년생])과 여동생 데보라[1962년생]가 있었다.

아버지 어니스트 보이틀러는 G-6-PD 결핍증 연구로 유명한 혈액학자이자 의학 유전학자였다. 그는 용혈성 빈혈, 철 대사, 당지질 축적 질환, 백혈병에 대한 연구와 X 염색체 불활성화 발견으로도 유명했다.[141] 그는 브루스와 동시대에 스크립스 연구소의 교수이자 학과장이었다. 두 사람은 2008년 어니스트 보이틀러가 사망하기 전까지 여러 주제에 대해 생산적으로 협력했다.[12][13][142][143][144][145]

어니스트 보이틀러의 부모는 모두 의사였다.[146] 브루스 보이틀러의 할머니 카테 보이틀러(née 이탈리에너, 안나 로스스타인의 딸, 1896-1999)[147]베를린샤리테 병원에서 훈련받은 소아과 의사였으며, 1923년에 의학 학위를 받았다. 카테 이탈리에너는 1925년 알프레드 보이틀러와 결혼했다. 알프레드 보이틀러 역시 의사였으며, 1936년 미국으로 이민 가기 전 카이저 빌헬름 연구소와 베를린 대학교에서 일했던 분광 물리학자 한스 G. 보이틀러(1896-1942)의 사촌이었다. 그는 사망할 때까지 시카고 대학교에서 연구를 계속했다.[148]

브루스 보이틀러는 1980년 바바라 보이틀러(née 란즐)와 결혼하여 1988년에 이혼했다. 그 부부 사이에는 세 아들이 있었다.[149][150][11]

참조

[1] 논문 Defective LPS signaling in C3H/HeJ and C57BL/10ScCr mice: mutations in Tlr4 gene https://pubmed.ncbi.[...] 1998-12-11
[2] 논문 Small anti-viral compounds activate immune cells via the TLR7 MyD88-dependent signaling pathway https://pubmed.ncbi.[...] 2002-01-22
[3] 논문 A Toll-like receptor recognizes bacterial DNA https://pubmed.ncbi.[...] 2000-12-07
[4] 논문 Differential roles of TLR2 and TLR4 in recognition of gram-negative and gram-positive bacterial cell wall components 1999-10-01
[5] 논문 Discrimination of bacterial lipoproteins by Toll-like receptor 6 2001-07-01
[6] 논문 Cutting edge: role of Toll-like receptor 1 in mediating immune response to microbial lipoproteins 2002-07-01
[7] 간행물 Nobel Prize in Physiology or Medicine 2011 https://www.nobelpri[...] Nobel Foundation 2011-10-03
[8] 논문 Profile of Bruce A. Beutler
[9] 웹사이트 Center for the Genetics of Host Defense - UT Southwestern, Dallas, TX https://www.utsouthw[...] 2023-03-09
[10] 웹사이트 Jewish Nobel Prize laureates - Physiology and medicine https://www.science.[...] 2023-03-29
[11] 웹사이트 Bruce A. Beutler - Biographical - NobelPrize.org https://www.nobelpri[...] 2023-03-09
[12] 논문 Electrophoretic polymorphism of glutathione peroxidase https://pubmed.ncbi.[...] 1974-10
[13] 논문 Glutathione peroxidase activity of inorganic selenium and seleno-DL-cysteine https://pubmed.ncbi.[...] 1975-07-15
[14] 논문 The original function of MHC antigens as the general plasma membrane anchorage site of organogenesis-directing proteins https://pubmed.ncbi.[...] 1977-01
[15] 논문 The HLA-dependent expression of testis- organizing H-Y antigen by human male cells https://pubmed.ncbi.[...] 1978-03
[16] 뉴스 Alumnus Bruce Beutler, MD'81, to receive 2011 Nobel Prize in Medicine https://news.uchicag[...] 2023-03-09
[17] 웹사이트 Bruce Beutler, MD https://beta.the-asc[...] 2023-10-18
[18] 논문 Identity of tumour necrosis factor and the macrophage-secreted factor cachectin https://pubmed.ncbi.[...] 1985-08-01
[19] 논문 Purification of cachectin, a lipoprotein lipase-suppressing hormone secreted by endotoxin-induced RAW 264.7 cells 1985-05-01
[20] 논문 Human tumor necrosis factor. Production, purification, and characterization 1985-02-25
[21] 논문 Passive immunization against cachectin/tumor necrosis factor protects mice from lethal effect of endotoxin https://pubmed.ncbi.[...] 1985-08-30
[22] 논문 Cachectin/tumor necrosis factor stimulates collagenase and prostaglandin E2 production by human synovial cells and dermal fibroblasts 1985-12-01
[23] 논문 Role of cytokines in rheumatoid arthritis https://pubmed.ncbi.[...] 1996
[24] 논문 Two tumor necrosis factor-binding proteins purified from human urine. Evidence for immunological cross-reactivity with cell surface tumor necrosis factor receptors 1990-01-25
[25] 논문 Molecular cloning and expression of the human 55 kd tumor necrosis factor receptor https://pubmed.ncbi.[...] 1990-04-20
[26] 논문 Soluble forms of tumor necrosis factor receptors (TNF-Rs). The cDNA for the type I TNF-R, cloned using amino acid sequence data of its soluble form, encodes both the cell surface and a soluble form of the receptor 1990-10-01
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