MALT1 protease function – from ubiquitin binding to substrate cleavage

The protease MALT1 has a key function in the activation of lymphocytes and the regulation of the immune response, by promoting the activation of pro-inflammatory transcription factors such as NF-B. Dysregulation of MALT1 is implicated in immunodeficiency, autoimmune diseases, lymphomagenesis and non-lymphoid malignancies. Therefore, MALT1 proteolytic activity has appeared as a possible pharmaceutical target, however, the precise mechanism of MALT1 protease activation and the role of individual substrate cleavage events remain incompletely defined. Thus, the aims of this study are to firstly elucidate the molecular mechanism of MALT1 activation and second, to explore the role of the MALT1-dependent cleavage of one particular substrate namely, A20. The protease activity of MALT1 is tightly controlled by conjugation of monoubiquitin to its third auto-inhibitory Ig-like domain, but the mechanism governing the release of the protease domain by a single ubiquitin moiety remains unknown. Here, we identify the Ig3 domain of MALT1 as a novel ubiquitin-binding domain, responsible for MALT1 monoubiquitination, which is essential for MALT1 proteolytic activity and lymphocyte activation. Furthermore, we reveal an allosteric communication from the monoubiquitination site through the protease-Ig3 interaction surface to the catalytic active site of the protease domain. One of the first substrates of MALT1 that has been identified is A20, a potent anti-inflammatory protein. A20 is a well-described negative regulator of the NF-B signaling pathway downstream of different pro-inflammatory stimuli and a regulator of cell death. Although MALT1-dependent A20 cleavage is generally thought to promote NF-B activity, the functional role of A20 cleavage remains controversial and not well defined. This is due to the fact that the originally described single cleavage site in A20 is not conserved among species and only a small proportion of cellular A20 undergoes cleavage. Here, we demonstrate that MALT1 cleaves A20 at a total of four distinct sites in B and T lymphocytes, including three novel cleavage sites with unusual sequence properties, which are conserved in the mouse and other species. The cleavage fragments lost their capacity to regulate the NF-B pathway, but are stable within the cell, suggesting that they retain an unknown physiological function in lymphocytes. Collectively, our findings provide fundamentally new insights into the mechanism of MALT1 protease activation and its cleavage site specificity, and suggest that MALT1-dependent A20 cleavage has roles that go beyond the enhancement of NF-B activity. -- La protease MALT1 a une fonction cle dans l’activation des lymphocytes et la regulation de la reponse immunitaire, en favorisant l’activation de facteurs de transcription pro- inflammatoires comme le NF-B. La deregulation de MALT1 est impliquee dans l’immunodeficience, les maladies auto-immunes, la lymphomagenese et les tumeurs malignes non-lymphoides. Par consequent, l’activite proteolytique de MALT1 est apparue comme une cible therapeutique possible, cependant le mecanisme precis de l’activation de la protease MALT1 et le role du clivage de chacun de ses substrats restent en partie incompris. Ainsi les objectifs de cette etude sont d’abord d’elucider le mecanisme moleculaire d’activation de MALT1 puis d’explorer le role du clivage dependant de MALT1 d’un substrat en particulier nomme A20. L’activite protease de MALT1 est etroitement controlee par la conjugaison d’une monoubiquitine a son troisieme domaine auto-inhibiteur de type Ig, mais le mecanisme regissant la liberation du domaine protease par un seul fragment d'ubiquitine reste inconnu. Ici, nous avons identifie le domaine Ig3 de MALT1 comme un nouveau domaine de liaison a l’ubiquitine, responsable de la monoubiquitination de MALT1, qui est essentielle pour son activite proteolytique et l’activation lymphocytaire. De plus, nous avons revele une transmission allosterique du site de monoubiquitination a travers la surface d’interaction protease-Ig3 au site catalytique actif du domaine protease. L’un des premiers substrats de MALT1 qui a ete identifie est A20, une proteine anti-inflammatoire puissante. A20 est un regulateur negatif bien decrit de la voie de signalisation NF-B en aval de differents stimuli pro-inflammatoires et un regulateur de la mort cellulaire. Bien que le clivage de A20 dependant de MALT1 soit generalement vu comme un promoteur de l’activite de NF-B, le role fonctionnel du clivage de A20 reste controverse et mal defini. Cela est du au fait que le site de clivage originellement decouvert de A20 n’est pas conserve chez les autres especes et que seulement une petite partie de la proteine cellulaire est clivee. Ici, nous demontrons que MALT1 clive A20 sur un total de quatre sites distincts dans les lymphocytes B et T. Nous avons egalement identifie trois nouveaux sites de clivage avec des motifs inhabituels, sites qui sont conserves chez la souris et d’autres especes. Les fragments issus du clivage ont perdu leur capacite a reguler la voie NF-B, mais sont stables dans la cellule, suggerant qu’ils gardent une fonction physiologique inconnue dans les lymphocytes. Ensemble, nos resultats apportent de nouvelles informations fondamentales sur le mecanisme d’activation de la protease MALT1 et sur la specificite de ses sites de clivage, et suggerent que le clivage de A20 dependant de MALT1 a un role qui va au- dela d’une simple activation de NF-B.