얼 윌버 서덜랜드

1. 개요

얼 윌버 서덜랜드는 1915년에 태어나 1974년에 사망한 미국의 생리학자이자 생화학자이다. 그는 1937년 워시번 대학교에서 이학 학사 학위를, 1942년 세인트루이스 워싱턴 대학교 의과대학에서 의학 박사 학위를 받았다. 제2차 세계 대전 중 군 복무를 한 후, 칼 코리의 연구실에서 연구를 시작하여 에피네프린과 글루카곤이 글리코겐 대사에 미치는 영향을 연구했다. 서덜랜드는 사이클릭 AMP(cAMP)를 발견하여 2차 전달자로서의 역할을 규명한 공로로 1971년 노벨 생리학·의학상을 수상했다. 그는 케이스 웨스턴 리저브 대학교와 밴더빌트 대학교에서 교수로 재직했으며, 마이애미 대학교 의과대학의 생화학 교수로 활동했다. 그의 업적을 기리기 위해 마이애미 대학교와 밴더빌트 대학교에서는 기념 강좌와 상을 제정했다.

2. 생애

1937년 캔자스주 토피카에 있는 워시번 대학교에서 이학 학사 학위를 받았고, 1942년에는 미주리주 세인트루이스 워싱턴 대학교 의과대학을 졸업했다. 제2차 세계 대전 중에는 의사로 복무했다. 전쟁이 끝난 후, 세인트루이스 워싱턴 대학교로 돌아와 칼 코리의 연구실에서 연구원으로 일했다. 1953년에는 오하이오주 클리블랜드의 케이스 웨스턴 리저브 대학교 의과대학 학장이 되었으며, 이곳에서 사이클릭 아데노신 일인산(cAMP)를 발견했다. 1963년에는 연구에 더 집중하기 위해 내슈빌의 밴더빌트 대학교에서 생리학 교수로 재직했으며, 1973년까지 있었다. 1966년 미국 과학 아카데미 회원으로 선출되었으며, 1974년 사망 당시에는 마이애미 대학교 의과대학 생화학 교수로 재직했다.

2.1. 초기 생애 및 교육

얼 윌버 서덜랜드는 1915년 11월 19일 캔자스주 벌링게임에서 여섯 자녀 중 둘째로 태어났다. 그의 아버지 얼 W. 서덜랜드는 위스콘신 출신으로 그리넬 대학교에서 2년간 공부했지만, 농부로 살다가 가족을 부양하기 위해 벌링게임에 정착하기 전 뉴멕시코와 오클라호마에서 생활했다. 어머니 에디스 M. 하트숀은 미주리 출신으로 "여성 대학"에서 간호 교육을 받았다. 서덜랜드의 아버지는 가족을 부양하기 위해 잡화점을 운영했고, 자녀들에게 일을 시켰다. 서덜랜드는 다섯 살 때부터 낚시를 시작했고, 이는 평생의 취미가 되었다.

고등학생 시절 서덜랜드는 테니스, 농구, 미식축구 등 여러 스포츠에서 뛰어난 기량을 보였다.

1933년, 17세의 서덜랜드는 토피카에 있는 워시번 대학교에 입학하여 이학사 학위 취득을 시작했다. 학비를 마련하기 위해 대학 재학 중 지역 병원에서 의료 보조원으로 일했다. 1937년 21세의 나이로 졸업한 후, 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교 의과대학에 입학하여 칼 퍼디난드 코리와 멘토십 관계를 맺었다. 1942년, 서덜랜드는 의학 박사 학위를 받았다.

2.2. 경력

1940년, 워싱턴 대학교 의과대학에서 공부하는 동안 서덜랜드는 1947년 노벨 생리학·의학상을 수상한 칼 페르디난트 코리의 연구실에서 약리학 조교로 일하며 연구와 처음으로 마주했다. 코리는 글리코겐 대사 메커니즘을 발견했다. 코리의 지도 아래 서덜랜드는 호르몬 에피네프린과 글루카곤이 글리코겐을 포도당으로 분해하는 데 미치는 영향에 대한 연구를 수행했다. 1942년에는 세인트루이스에 있는 바르네스-유대교 병원에서 인턴으로 근무했다.

1942년 워싱턴 대학교에서 의학 학위를 받은 후 서덜랜드는 제2차 세계 대전 육군 군의관으로 복무했다. 1945년 세인트루이스 워싱턴 대학교로 돌아와 코리의 연구실에서 연구를 계속했다. 서덜랜드는 의사 대신 연구 경력을 선택한 결정을 자신의 멘토 코리에게 돌렸다.

서덜랜드는 워싱턴 대학교 의과대학에서 약리학 강사(1945–1946), 생화학 강사(1946–1950), 생화학 조교수(1950–1952), 생화학 부교수(1952–1953) 등 다양한 직함을 역임했다.

1953년, 서덜랜드는 클리블랜드로 이주하여 케이스 웨스턴 리저브 대학교 의과대학 약리학 교수 겸 학과장으로 임명되었다. 그곳에서 그는 평생 연구 파트너가 된 약리학 교수 테오도르 W. 랠과 협력했다. 함께 그들은 분자 수준에서 호르몬 작용 메커니즘에 대한 추가 연구를 수행했다. 케이스 웨스턴 리저브 대학교에서 10년 동안 서덜랜드는 사이클릭 아데노신 일인산, 즉 사이클릭 AMP를 식별하고 2차 전달자로서의 역할을 하는 데 기여한 여러 획기적인 발견을 했다.

1963년 서덜랜드는 내슈빌에 있는 밴더빌트 대학교 의과대학 해부학 교수가 되었다. 그의 직위는 그가 연구에 더 많은 시간을 할애할 수 있게 했다. 그는 사이클릭 AMP에 대한 연구를 계속했으며, 1967년 미국 심장 협회로부터 받은 경력 조사원 자금 지원을 받았다. 그는 1973년까지 밴더빌트 대학교에서 교직을 유지했다.

1973년, 밴더빌트 대학교에서 10년을 보낸 후 서덜랜드는 마이애미로 이주하여 마이애미 대학교 밀러 의과대학의 저명한 생화학 교수로 합류했다. 그는 아데노신 일인산과 구아노신 일인산에 대한 새로운 연구에 계속 참여하여 1973년에만 4편의 논문을 공동 집필했다.

2.3. 사이클릭 AMP(cAMP)의 발견

1953년, 서덜랜드는 클리블랜드에 있는 케이스 웨스턴 리저브 대학교 의과대학 약리학 교수 겸 학과장으로 임명되었다. 그곳에서 그는 평생 연구 파트너가 된 약리학 교수 테오도르 W. 랠과 협력하여 분자 수준에서 호르몬 작용 메커니즘에 대한 추가 연구를 수행했다. 케이스 웨스턴 리저브 대학교에서 10년 동안 서덜랜드는 사이클릭 아데노신 일인산(cAMP)를 식별하고 2차 전달자로서의 역할을 하는 데 기여한 여러 획기적인 발견을 했다.

서덜랜드는 칼 코리의 연구실에서 일하면서 동료들의 도움으로 수 년 후, 글리코겐 대사 메커니즘에 관한 여러 발견을 하였고, 이는 그가 사이클릭 AMP의 생물학적 활성을 발견하는 데 기여했다. 코리의 연구실은 이전에 글리코겐 대사의 기본 메커니즘을 확립했으며, 이를 통해 노벨 생리학·의학상을 수상했다. 그는 간 포스포릴라아제(LP)가 글리코겐 분해 과정에서 속도 제한 효소임을 발견했는데, 이는 글리코겐 대사의 진행이 이 효소에 의존한다는 것을 의미한다. LP는 이후 수년간 그의 연구 대상이 되었고, LP와 호르몬 상호 작용에 대한 실험을 통해 그의 가장 유명한 발견이 이루어졌다.

LP의 중요성을 확인한 후, 서덜랜드는 연구 노력을 웨스턴 리저브 대학교로 옮겼다. 그곳에서 그는 테드 랠, 월터 D. 워실라이트, 자크 베르테와 협력하여 "에피네프린과 글루카곤의 간 포스포릴라아제와의 관계"라는 일련의 논문을 생물 화학 저널에 발표했는데, 이는 4부로 나뉘어 출판되었다. 이 논문들은 LP의 정제와 특성 분석을 다루고 있다. LP의 효소 활성은 인산 그룹의 첨가 또는 제거, 즉 인산화 과정에 따라 달라진다는 것이 밝혀졌다. 이후 실험에서 에피네프린과 글루카곤을 첨가했을 때 간 절편에서 더 많은 인산이 흡수되어, 이러한 호르몬이 LP의 인산화를 촉진하여 효소를 활성화시킨다는 것을 보여주었다. 나중에 발표된 논문의 결과는 LP의 인산화와 활성화가 포스포릴라아제 키나아제의 작용의 결과임을 시사했다. 또한 간 포스포릴라아제의 비활성화를 조사하고 인산 그룹을 절단하여 작용하는 LP-비활성화 효소(이후 간 포스포릴라아제 포스파타아제로 변경)를 특징지었다. 이 논문들은 분자량 및 기타 요인 측면에서 LP를 분석했으며, cAMP의 전구체인 5-AMP를 첨가하면 LP 활성이 증가한다는 예상치 못한 결과를 발견했지만, 당시에는 이것이 알려져 있지 않았다.

1956년에 출판된 "에피네프린과 글루카곤의 간 포스포릴라아제와의 관계: IV 에피네프린과 글루카곤의 간 균질액에서의 포스포릴라아제 재활성화 효과"는 에피네프린과 글루카곤에 대한 조사를 더욱 심화했다. 이 실험 성공의 핵심은 온전한 간 세포가 아닌 간 세포의 균질액을 사용한 것이었다. 당시 연구자들은 호르몬 연구가 온전한 세포를 통해서만 가능하다고 생각했지만, 이는 세포 균질액을 사용하여 호르몬 경로를 연구한 최초의 사례였다. 서덜랜드와 공동 저자들은 전체 간 절편에서 관찰된 것과 유사한 효과를 간 균질액에서 관찰할 수 있었고, 이 반응을 두 단계로 관찰했다. 호르몬 에피네프린과 글루카곤이 존재할 때 입자 분획이 알려지지 않은 열 안정성 인자를 생성하고, 이 인자는 호르몬이 존재하지 않는 균질액의 분획에서 간 포스포릴라아제의 형성을 자극했다. 이 열 안정성 인자는 나중에 사이클릭 AMP로 명명되었다.

사이클릭 AMP의 발견과 2차 전달자 개념은 의학계에 매우 중요했지만, 서덜랜드의 발견은 시행착오를 통해 이루어졌다. 서덜랜드와 랠은 간 세포의 수크로스 균질액이 세포 증식에 필수적이라고 확신했지만, 이는 랠의 미토콘드리아 연구 경험에서 비롯된 오해였다. 수크로스 없이 실험을 설정하자 더 효과적인 결과를 얻었다. 또한 서덜랜드는 구조 파괴 시 호르몬 효과가 나타나지 않을 것이라고 믿었지만, 랠의 설득으로 간 균질액을 사용했고, LP 활성 속도가 증가하는 것을 확인했다. 마지막으로, 서덜랜드는 베르테의 실험 기술(Lehninger Hard Pour) 관련 요청을 무시했는데, 베르테는 원심 분리 관련 특이성 부족을 비판했다. 서덜랜드와 동료들은 실험 절차와 가정을 수정하여 발견을 이끌어냈다.

2.4. 개인적인 삶

서덜랜드는 1937년 워시번 대학교를 졸업한 해에 밀드레드 라이스와 결혼했다. 슬하에 2남 1녀를 두었다. 1944년 제2차 세계 대전 중에는 조지 S. 패튼 장군 휘하의 대대 외과 의사로 소집되어 독일로 파견, 1945년까지 군 병원에서 군의관으로 복무했다.

1962년 첫 번째 부인과 이혼한 서덜랜드는 이듬해 밴더빌트 대학교 생리학 교수이자 대학교 부학장이었던 클라우디아 세베스테 스미스와 재혼하여 사망할 때까지 함께 했다.

2.5. 사망

1974년 3월 9일, 서덜랜드는 대규모 식도 출혈에 따른 수술 합병증으로 인한 내부 출혈로 사망했다. 향년 58세였다.

3. 수상 및 업적

Earl Wilbur Sutherland, Jr.^영어는 다양한 학술 기관에서 수여하는 상과 표창을 받으며 그의 과학적 업적을 인정받았다.

4. 유산

밀러 의과대학은 서덜랜드가 1974년에 사망한 후, 서덜랜드 기념 강좌를 설립했다. 1976년, 밴더빌트 대학교는 국내는 물론 국제적으로도 명성과 존경을 받는 연구를 한 교원에게 매년 수여하는 서덜랜드 상을 제정했다. 수상자에게는 5000USD가 수여되며, 그들의 이름은 은제 그릇에 새겨진다. 밴더빌트는 1997년 서덜랜드 강좌를 시작하고, 2001년에는 약리학 서덜랜드 석좌를 신설하여 서덜랜드를 기렸다. 밴더빌트 교원인 하이디 E. 햄이 이 직책에 임명되어 현재까지 그 직함을 유지하고 있다.