إيرل ويلبر ساذرلاند الابن

في عام ١٩٤٠، وأثناء دراسته في كلية الطب بجامعة واشنطن ، خاض ساذرلاند أولى تجاربه البحثية كمساعد في علم الأدوية في مختبر كارل فرديناند كوري، الحائز على جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء عام ١٩٤٧ لاكتشافه آلية استقلاب الجليكوجين . [ ^{٣ ] [ ٤ ] بتوجيه} من كوري، أجرى ساذرلاند أبحاثًا حول تأثير هرموني الأدرينالين والجلوكاجون على تحلل الجليكوجين إلى جلوكوز. ^{[ ٣} ] وفي عام ١٩٤٢ ^، عمل كطبيب متدرب في مستشفى بارنز-جويش في سانت لويس . ^{[ ٥ ]}

بعد حصوله على شهادة الطب من جامعة واشنطن عام ١٩٤٢، خدم ساذرلاند كطبيب عسكري خلال الحرب العالمية الثانية . عاد إلى جامعة واشنطن في سانت لويس عام ١٩٤٥، حيث واصل أبحاثه في مختبر كوري. ويعزو ساذرلاند قراره بمتابعة مسيرة بحثية، بدلاً من دخول مهنة الطب، إلى معلمه كوري. ^{[ ٣ ]}

شغل ساذرلاند مناصب تدريسية مختلفة خلال فترة عمله في كلية الطب بجامعة واشنطن، بما في ذلك مُدرّس في علم الأدوية (1945-1946)، ومُدرّس في الكيمياء الحيوية (1946-1950)، وأستاذ مساعد في الكيمياء الحيوية (1950-1952)، وأستاذ مشارك في الكيمياء الحيوية (1952-1953). ^{[ 5 ]}

في عام ١٩٥٣، انتقل ساذرلاند إلى كليفلاند ليشغل منصب أستاذ علم الأدوية ورئيس قسم علم الأدوية في كلية الطب بجامعة كيس ويسترن ريزيرف . هناك، تعاون مع ثيودور دبليو رال، وهو أيضًا أستاذ علم الأدوية، والذي أصبح شريكًا بحثيًا له مدى الحياة. وأجرى الاثنان معًا المزيد من الأبحاث حول آلية عمل الهرمونات على المستوى الجزيئي. ^{[ ٣ ] [ ٥ ]} خلال السنوات العشر التي قضاها في جامعة كيس ويسترن ريزيرف، حقق ساذرلاند العديد من الاكتشافات الرائدة التي أدت إلى تحديد أحادي فوسفات الأدينوزين الحلقي ، أو AMP الحلقي، ودوره كناقل ثانوي .

في عام 1963، أصبح ساذرلاند أستاذًا لعلم التشريح في كلية الطب بجامعة فاندربيلت في ناشفيل . ^{[ 2 ]} وقد أتاح له منصبه تكريس المزيد من الوقت لأبحاثه. وواصل عمله على الأدينوسين أحادي الفوسفات الحلقي، وحصل على دعم مالي من منحة الباحث المتميز التي منحته إياها جمعية القلب الأمريكية عام 1967. وظل يشغل منصبه التدريسي في جامعة فاندربيلت حتى عام 1973. ^{[ 5 ]}

في عام 1973، وبعد قضاء عشر سنوات في جامعة فاندربيلت ، انتقل ساذرلاند إلى ميامي ، حيث انضم إلى هيئة التدريس في كلية ميلر للطب بجامعة ميامي كأستاذ متميز في الكيمياء الحيوية. ^{[ 2 ] [ 6 ]} وواصل مشاركته في أبحاث رائدة حول أحادي فوسفات الأدينوزين وأحادي فوسفات الغوانوزين ، وشارك في تأليف أربع أوراق بحثية في عام 1973 وحده. ^{[ 7 ]}

أثناء عمله في مختبر كوري، حقق ساذرلاند، بمساعدة زملائه، عدة اكتشافات تتعلق بآلية استقلاب الجليكوجين ، والتي قادته بعد سنوات إلى اكتشاف النشاط البيولوجي للأدينوزين أحادي الفوسفات الحلقي (cAMP). وكان مختبر كوري قد وضع سابقًا الآلية الأساسية لاستقلاب الجليكوجين، والتي نالوا عنها جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء . ^{[ 4 ]} ساهم ساذرلاند في تحديد أهمية فوسفوريلاز الكبد (LP) في عملية تحلل الجليكوجين . ومن بين الإنزيمات الثلاثة الأساسية المشاركة في تحلل الجليكوجين، وجد أن فوسفوريلاز الكبد هو الإنزيم المحدد لمعدل التفاعل، مما يعني أن تقدم استقلاب الجليكوجين يعتمد على هذا الإنزيم. ^{[ 3 ]} أصبح فوسفوريلاز الكبد محور أبحاثه لعدة سنوات لاحقة، ومن خلال تجاربه على تفاعل فوسفوريلاز الكبد مع الهرمونات ، حقق اكتشافه الأشهر.

بعد إدراكه لأهمية إنزيم فوسفاتاز الكبد (LP)، حوّل ساذرلاند جهوده البحثية إلى جامعة ويسترن ريزيرف. هناك، تعاون مع تيد رال، ووالتر دي ووسيلايت، وجاك بيرتيه لنشر سلسلة من الأبحاث في مجلة الكيمياء البيولوجية بعنوان "علاقة الإبينفرين والجلوكاجون بفوسفاتاز الكبد"، والتي نُشرت على أربعة أجزاء. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} توثّق هذه الأبحاث الأربعة عملية تنقية إنزيم فوسفاتاز الكبد وتحليل العديد من خصائصه. أولًا، تبيّن أن النشاط الإنزيمي لإنزيم فوسفاتاز الكبد يعتمد على إضافة أو إزالة مجموعة فوسفات ، وهي عملية تُسمى الفسفرة . ^{[ 10 ]} في تجربة لاحقة، أثبتوا أن كمية الفوسفات الممتصة في شرائح الكبد تزداد عند إضافة الإبينفرين والجلوكاجون، مما يشير إلى أن هذه الهرمونات تُحفّز فسفرة إنزيم فوسفاتاز الكبد، وبالتالي تُنشّط الإنزيم. ^{[ 10 ]} أشارت نتائج ورقة بحثية لاحقة ضمن هذه السلسلة إلى أن فسفرة وتنشيط LP كانا نتيجةً لعمل كيناز الفوسفوريلاز . ^{[ 11 ]} كما بحثت هذه السلسلة في تعطيل فوسفوريلاز الكبد، ووصفت إنزيمًا أطلقوا عليه في البداية اسم إنزيم تعطيل LP، والذي يعمل عن طريق فصل مجموعة الفوسفات. ^{[ 10 ]} أُعيد تسمية هذا الإنزيم لاحقًا إلى فوسفاتاز فوسفوريلاز الكبد. ^{[ 11 ]} وصفت هذه الأوراق البحثية أيضًا LP من حيث الوزن الجزيئي وعوامل أخرى. خلال تحليلهم، وجدوا نتيجة غير متوقعة، وهي أن تنشيط LP يزداد بإضافة 5-AMP، وهو طليعة cAMP؛ ومع ذلك، لم يكن هذا معروفًا في ذلك الوقت. ^{[ 8 ]}

نُشرت الورقة البحثية الرابعة في هذه السلسلة، بعنوان "علاقة الإبينفرين والجلوكاجون بفوسفوريلاز الكبد: 4- تأثير الإبينفرين والجلوكاجون على إعادة تنشيط الفوسفوريلاز في متجانسات الكبد"، عام 1956. في هذه الورقة، واصل ساذرلاند وزملاؤه بحثهم حول الإبينفرين والجلوكاجون. وكان مفتاح نجاح هذه التجربة هو استخدام متجانس خلايا الكبد بدلاً من خلايا الكبد الكاملة، كما كان الحال في تجاربهم السابقة. ^{[ 11 ]} كان الرأي السائد بين الباحثين آنذاك أن دراسة الهرمونات لا يمكن إجراؤها إلا باستخدام الخلايا الكاملة؛ وكانت هذه هي المرة الأولى التي يُدرس فيها مسار هرموني باستخدام متجانس خلوي. تمكن ساذرلاند وزملاؤه من ملاحظة تأثيرات مماثلة في متجانس الكبد لتلك التي لوحظت في شرائح الكبد الكاملة. والأهم من ذلك، أنهم تمكنوا من ملاحظة هذه الاستجابة على مرحلتين. تميزت هذه الاستجابة المرحلية بإنتاج جزء جزيئي لعامل غير معروف مقاوم للحرارة في وجود هرموني الأدرينالين والجلوكاجون. يحفز هذا العامل بدوره تكوين فوسفوريلاز الكبد في جزء من المتجانس لا يحتوي على الهرمونات. ^{[ 11 ]} وقد أُطلق على هذا العامل غير المعروف المقاوم للحرارة، والذي تم إنتاجه في وجود الهرمونات وأدى في النهاية إلى التكوين الثانوي لفوسفوريلاز الكبد، اسم AMP الحلقي. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

على الرغم من الأهمية البالغة لاكتشاف الأدينوسين أحادي الفوسفات الحلقي (cAMP) وفكرة الرسل الثانويين في عالم الطب، إلا أن نتائج ساذرلاند تحققت عبر تجارب مضنية. ففي البداية، كان ساذرلاند وتيد رال مقتنعين بأن استخدام متجانس السكروز لخلايا الكبد ضروريٌّ للحفاظ على صحة الخلايا وتكاثرها. ^{[ 14 ]} استنتج رال هذا من خبرته في دراسة الميتوكوندريا ، التي استجابت جيدًا لمتجانسات السكروز هذه؛ إلا أن ذلك لم يكن له صلة بما كان قيد الدراسة آنذاك. اتضح لاحقًا أن السكروز لم يكن ضروريًا للمتجانس، وبمجرد إجراء التجربة بدونه، تمكنوا من الحصول على نتائج أكثر فعالية. ثانيًا، اعتقد ساذرلاند في البداية أن للخلية السليمة أهمية حيوية، وأن تعطيل بنيتها لن يُحدث أي تأثير هرموني. ^{[ 14 ]} ولكن بعد نقاش، أقنع رال ساذرلاند باستخدام متجانسات الكبد. بعد أن شهدوا تضاعفًا تقريبًا في معدل تنشيط الليبوبوليسكاريد، أدركوا أن الاعتقاد السائد بأن الحفاظ على سلامة الخلايا أمر بالغ الأهمية لدراسة تأثيرات الهرمونات لم يكن صحيحًا بالضرورة، على الأقل في هذه الحالة. في النهاية، قرر ساذرلاند تجاهل طلب جاك بيرتيه بإجراء التجربة نفسها باستخدام تقنية المختبر الصحيحة، وتحديدًا طريقة لينينجر للصب الصلب، حيث يتم فصل المادة الطافية بسكب السائل في أنبوب اختبار آخر بمجرد وصول الجزء الجزيئي إلى أعلى الأنبوب الأصلي. لم يكتفِ بيرتيه بالمطالبة بإجراء هذه الخطوة من خلال الشفط الدقيق، بل انتقد أيضًا عدم دقة عملية الطرد المركزي فيما يتعلق بارتفاع المعلق وسرعة الدوران والوقت. ^{[ 14 ]} إن استعداد ساذرلاند وزملائه لتعديل إجراءاتهم التجريبية وافتراضاتهم الخاطئة مكّنهم من تحقيق الاكتشافات التي توصلوا إليها.