Regulation of Interleukin-6 Receptor Cell-surface Levels by Internalization and Proteolysis

Flynn, Charlotte

Receptor cell-surface levels can be regulated by internalization, proteolytic cleavage of the membrane-bound receptor or synthesis of new receptors. Following internalization, the receptors are either recycled to the cell-surface or degraded in the lysosome. I could show that the IL-6R and gp130 are internalized in a clathrin- and dynamin-dependent manner which was not influenced by IL-6. Furthermore, the ICD of the IL-6R is dispensable for IL-6R internalization, however, I could show that gp130 influences IL-6R internalization to some extent. Following internalization, both receptors are recycled back to the cell surface via Rab11-positive recycling endosomes but are also degraded in the lysosome. Stimulation with IL-6 led to an increase in recycling of both receptors, but only degradation of gp130 in the lysosome was enhanced. Additionally, it was revealed that STAT3 signaling was only activated upon internalization of the IL-6/IL-6R/gp130 signaling complex, indicating that signaling is initiated at endosomes. Only little is known about endogenous stimuli leading to the release of sIL-6R in vivo. I could show that, in humans, activation of TLR2 resulted in an increase in sIL-6R release mainly from monocytes which was generated by proteolytic cleavage of the membrane-bound IL-6R mediated by ADAM10 and 17. Furthermore, TLR2 activation led to the activation of the ERK signaling pathway which was found to differentially regulate the release of IL-6 and sIL-6R. The sIL-6R is also released constitutively but the responsible protease has not been clearly identified so far. Using a screening procedure, cathepsin S was identified as a new protease that can proteolytically cleave the IL-6R. However, cathepsin S uses a different cleavage site in the IL-6R in vitro as has been determined for the sIL-6R in vivo, indicating that it is rather not involved in the generation of the constitutively released sIL-6R.

Die Oberflächenexpression von Rezeptoren wird durch Internalisierung, proteolytische Spaltung sowie die Generierung neuer Rezeptoren reguliert. Nach der Internalisierung von Rezeptoren können diese entweder recycled oder im Lysosom abgebaut werden. Ich konnte zeigen, dass IL-6R und gp130 über einen Clathrin- und Dynamin-abhängigen Mechanismus internalisiert werden, wobei IL-6 die Internalisierung nicht beeinflusst. Der intrazelluläre Teil des IL-6R wird für die IL-6R-Internalisierung nicht benötigt, jedoch konnte ich zeigen, dass gp130 die Internalisierung des IL-6R zum Teil beeinflusst. Anschließend an die Internalisierung werden der IL-6R und gp130 sowohl über Rab11-positive Recycling Endosomen an die Zelloberfläche zurück transportiert, als auch im Lysosom abgebaut. Stimulation mit IL-6 führte zu einem erhöhten Recycling beider Rezeptoren, jedoch wurde nur gp130 vermehrt im Lysosom abgebaut. Des Weiteren zeigte sich, dass die STAT3-Signaltransduktion erst nach Internalisierung des IL-6/IL-6R/gp130-Komplexes aktiviert wird, was darauf schließen lässt, dass diese an Endosomen stattfindet. Bislang ist wenig über endogene Aktivatoren der sIL-6R Generierung in vivo bekannt. Ich konnte zeigen, dass im Menschen die Aktivierung von TLR2 zur Generierung des sIL-6R durch proteolytische Spaltung des membrangebundenen IL-6R durch ADAM10 und ADAM17 von Monozyten führt. TLR2-Aktivierung resultierte außerdem in der Aktivierung des ERK-Signalweges, welcher die Freisetzung von sIL-6R und IL-6 gegensätzlich reguliert. Der sIL-6R wird auch konstitutiv gebildet, jedoch ist die hierfür verantwortliche Protease noch nicht eindeutig nachgewiesen. Durch ein Screeningverfahren wurde Cathepsin S als eine neue Protease identifiziert, die den IL-6R proteolytisch spalten kann. Jedoch zeigte sich, dass Cathepsin S in vitro eine andere Schnittstelle im IL-6R verwendet als in vivo nachgewiesen wurde und daher vermutlich keine Rolle in der Generierung des konstitutiv gebildeten sIL-6R spielt.

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Flynn, Charlotte: Regulation of Interleukin-6 Receptor Cell-surface Levels by Internalization and Proteolysis. 2019.

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