Der Interleukin-6 Rezeptor: Spezies-spezifische Unterschiede der proteolytischen Freisetzung durch die Metalloproteasen ADAM10 und ADAM17 zwischen Maus und Mensch

Garbers, Christoph

Interleukin-6 (IL-6) übernimmt sowohl bei physiologischen als auch bei pathophysiologischen Prozessen eine Schlüsselrolle in der Koordination von Immunantworten. Ein wichtiger Schritt ist hierbei das so genannte IL-6 Trans-signaling, bei dem IL-6 an den löslichen IL-6 Rezeptor (sIL-6R) bindet. Der entstandene Komplex ist in der Lage, praktisch alle Zellen durch Bindung an den membranständigen signaltransduzierenden Rezeptor 130 (gp130) zu aktivieren. IL-6 alleine kann dies nur bei Zellen, die den membrangebundenen IL-6R tragen. Löslicher IL-6R entsteht im Menschen hauptsächlich durch limitierte Proteolyse des membranständigen Rezeptors (Shedding), aber auch durch alternatives Splicen der IL-6R mRNA. Es ist bekannt, dass der humane IL-6R von ADAM17, einem Mitglied der A Disintegrin And Metalloprotease Proteinfamilie, und zu einem geringeren Teil von ADAM10 prozessiert wird. Man nimmt an, dass ADAM10 hierbei für das langsame, konstitutive Shedding verantwortlich ist, während ADAM17 den IL-6R schnell nach (patho-)physiologischer Stimulation schneidet. Analoge Daten zum murinen IL-6R gibt es bislang nicht. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass der IL-6R in der Maus nur in geringem Maße durch ADAM17 proteolytisch gespalten wird. Hypomorphe ADAM17ex/ex-Mäuse, die eine um rund 95 % reduzierte ADAM17 Expression in allen Geweben aufweisen, zeigten keine Reduktion des Serumspiegels an löslichem murinem IL-6R (smIL-6R) verglichen mit Wildtyp-Mäusen. Stimulation mit dem Phorbolester PMA war zum großen Teil nicht in der Lage, ADAM17-mediiertes Shedding des mIL-6R auszulösen, was unterstreicht, dass murines ADAM17 (mADAM17) nicht die Hauptprotease des mIL-6R ist. Shedding des mIL-6R durch ADAM17 konnte hingegen erzielt werden, wenn Teile des extrazellulären Bereiches durch ihr humanes Gegenstück ausgetauscht wurden. Die Transmembran- und die intrazelluläre Domäne hatten hierauf keinen Einfluss. Dieses deutet auf eine wichtige Rolle des extrazellulären Bereichs des IL-6R in Bezug auf die Erkennung des Substrats IL-6R durch seine Protease hin. Kürzlich wurde Apoptose als natürlicher Stimulus entdeckt, der ADAM17-mediiertes Shedding des hIL-6R verursacht und damit zur Auflösung einer akuten Entzündung beiträgt. Obwohl Apoptose ebenso das Shedding des IL-6R in der Maus auslöst, wurde die verantwortliche Protease im Rahmen dieser Arbeit als murines ADAM10 (mA- DAM10) identifiziert. ADAM10 war ebenso verantwortlich für das durch Ionomycin ausgelöste Shedding von humanem und murinem IL-6R. In murinen embryonalen Fibroblasten, die defizient für ADAM10 sind, wurde die Proteolyse des humanen IL-6R von ADAM17 kompensiert, wo hingegen muriner IL-6R von einer bisher noch nicht identifizierten weiteren Protease geschnitten wurde. In weiteren Experimenten konnte die physiologische Stimulation des purinergen P2X7-Rezeptors als neuer Stimulus der IL-6R Proteolyse identifiziert werden, die ausschließlich durch humanes und murines ADAM10 vermittelt wurde. Dieser neue Signalweg trug zum physiologischen Serumlevel an smIL-6R in der Maus bei, was durch signifikant reduzierte Werte an smIL-6R im Blut P2X7-R defizienter Mäuse gezeigt werden konnte. Schließlich wurde das stress- auslösende Antibiotikum Anisomycin als weiterer Stimulus der Proteolyse des hIL-6R durch ADAM17 mittels Aktivierung der p38 MAPK identifiziert. Für diesen Prozess war die intrazelluläre Domäne (ICD) des IL-6R erforderlich. Es stellt somit den ersten beschriebenen Prozess dar, in dem die ICD des IL-6R für das Shedding erforderlich ist. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit eine unerwartete Speziesspezifität von ADAM10 und ADAM17 beim Shedding des IL-6R und identifiziert ADAM10 als neue induzierbare Protease des IL-6R in Mensch und Maus. Dies kann Konsequenzen für die Interpretation von Phenotypen von ADAM17 und ADAM10 defizienten Mäusen, insbesondere bei Krankheitsmodellen, haben.

Interleukin-6 (IL-6) is an important mediator of immune responses both during physiologic and pathophysiologic processes. A key event is the so-called IL-6 trans-signaling, in which the soluble Interleukin-6 receptor (sIL-6R) binds to IL-6. This complex is able to activate virtually all cells through binding to the membrane-bound glycoprotein 130 (gp130), whereas IL-6 alone is only able to activate cells expressing the membrane-bound IL-6R. In humans, the sIL-6R is predominantly generated by proteolytic cleavage of the membrane-anchored form (shedding) and to a minor extent by alternative splicing. It is known from previous studies that shedding of the human IL-6R is mediated by A Disintegrin And Metalloprotease 17 (ADAM17) and to a minor extent by ADAM10. It is believed that hereby ADAM10 is responsible for the slow, constitutive shedding, whereas ADAM17 is activated through (patho-)physiological stimuli. Comparable data for murine IL-6R are missing. In this study, it was shown that ADAM17 is not the main sheddase of murine IL-6R in mice. In hypomorphic ADAM17ex/ex mice, which have about 95 % reduced ADAM17, serum levels of soluble murine IL-6R (smIL-6R) were not reduced compared to wildtype mice. Phorbol ester stimulation was largely ineffective to induce ADAM17-mediated shedding of mIL-6R, indicating that murine ADAM17 (mADAM17) was not the major sheddase of murine IL-6R. Shedding of mIL-6R by mADAM17 was rescued in chimeric mIL-6R proteins containing any extracellular domain of human IL-6R but not the transmembrane or the intracellular domain. This points to a role of the extracellular domains of IL-6R in substrate/protease recognition. Recently, apoptosis was identified as a physiological stimulus of ADAM17-mediated shedding of hIL-6R and IL-6 trans-signaling for the resolution of acute inflammation. Even though apoptosis induced mIL-6R shedding in mice, the responsible protease was identified as murine ADAM10 (mADAM10). ADAM10 was also identified as the protease responsible for Ionomycin-induced shedding of human and murine IL-6R. However, in ADAM10 deficient murine embryonic fibroblasts compensatory shedding of hIL-6R was mediated by ADAM17 but loss of ADAM10-mediated shedding of mIL-6R was compensated by a yet unidentified protease. Moreover, physiological stimulation of the purinergic P2X7 receptor was discovered as a novel inducer of IL-6R shedding solely mediated by murine and human ADAM10. This pathway contributed to the physiologic serum level of sIL-6R in mice as shown by significant reduction of smIL-6R in the blood of P2X7-R deficient mice. Finally, the stress-inducing antibiotic anisomycin was shown to induce shedding of hIL-6R via ADAM17 depending on the activation of p38 MAPK, a process, in which the intracellular domain (ICD) of the IL-6R was needed. This showed for the first time the requirement of the ICD of the human IL-6R for a shedding event. In conclusion, this work showed an unexpected species specificity of ADAM10 and ADAM17 and identified ADAM10 as novel inducible sheddase of IL-6R in mice and men, which might have consequences for the interpretation of phenotypes from ADAM17 and ADAM10 deficient mice, especially for animal models of human diseases.

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Garbers, Christoph: Der Interleukin-6 Rezeptor: Spezies-spezifische Unterschiede der proteolytischen Freisetzung durch die Metalloproteasen ADAM10 und ADAM17 zwischen Maus und Mensch. 2011.

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