TRAF6 prevents autoimmunity by homeostatic suppression of MALT1 paracaspase activity

O'Neill, Thomas (2021): TRAF6 prevents autoimmunity by homeostatic suppression of MALT1 paracaspase activity. Dissertation, LMU München: Fakultät für Biologie

Abstract

Balance of immune signaling in T lymphocytes is critical for a functional adaptive immune response. Upon antigen engagement of a T cell receptor (TCR), assembly of the CARD11-BCL10-MALT1 (CBM) complex drives downstream canonical NF-κB signaling pathway activation, which promotes T cell survival, differentiation, and proliferation. Within the CBM complex, MALT1 acts as both a scaffold to induce NF-κB activation and a protease that facilitates optimal T cell responses. Upon antigenic stimulation, MALT1 recruits the E3 ubiquitin ligase TRAF6 to the CBM complex, but the physiological role of this interaction has remained elusive. Therefore, novel murine models lacking interaction between MALT1 and TRAF6 were generated by CRISPR-Cas9 gene editing. Strikingly, abrogation of TRAF6 binding to MALT1 disrupts immune homeostasis and causes fatal, early-onset autoimmune inflammation. While NF-κB activity is completely dependent on TRAF6 expression, as well as MALT1-TRAF6 interaction, constitutive MALT1 cleavage activity was shown to be the direct effect of abolished binding to TRAF6. Secondary genome editing and inactivation of MALT1 protease function in mice completely rescues the fatal phenotype triggered by the disrupted MALT1-TRAF6 interaction, revealing that aberrant MALT1 protease activity is responsible for the autoinflammation caused by defective TRAF6 regulation. Further, autoimmunity in T cell specific TRAF6 knockout mice was ameliorated by therapeutic treatment with a potent MALT1 inhibitor. Thus, TRAF6 acts as both a positive regulator of CBM-dependent NF-κB signaling upon antigen engagement and as a negative regulator of MALT1 protease activity in resting T cells. Indeed, TRAF6 functions as a brake on MALT1 protease activity in resting T cells, essential for the maintenance of peripheral tolerance. By unraveling the complex dual role of TRAF6 in T cells, these data provide a rationale for the use of MALT1 inhibitors for new therapeutic approaches in the treatment of autoimmune disease.

Abstract

Das Gleichgewicht von Immunsignalwegen in T-Lymphozyten ist entscheidend für eine funktionelle adaptive Immunität. Durch die Antigenbindung an einen T-Zell Rezeptor (TZR) wird der CARD11-BCL10-MALT1 (CBM) Komplex gebildet, welcher den kanonischen NF-κB Signalweg aktiviert und damit Überleben, Differenzierung und Proliferation von T-Zellen vermittelt. Als Teil des CBM Komplexes fungiert MALT1 sowohl als Gerüstprotein zur Induktion von NF-κB als auch als Protease, welche eine optimale Immunantwort gewährleistet. Antigenstimulation führt dazu, dass MALT1 die E3-Ubiquitin Ligase TRAF6 an den CBM Komplex rekrutiert, aber die genaue physiologische Relevanz dieser Interaktion ist unklar. Aus diesem Grund wurden neuartige Mausmodelle mit fehlender MALT1-TRAF6 Interaktion mit Hilfe von CRISPR-Cas9 Genom Editierung generiert. Die Zerstörung der MALT1-TRAF6 Interaktion führt zu einer Störung der Immunhomöostase und einer früh einsetzenden und tödlich verlaufenden Autoimmunität bei Mäusen. Während die NF-κB Aktivierung vollständig von TRAF6 und der Rekrutierung von TRAF6 an MALT1 abhängt, führt der Verlust von TRAF6 gleichzeitig zu einer konstitutiven Spaltung von MALT1 Substraten. Sekundäre Genomeditierung und Inaktivierung der MALT1 Proteaseaktivität in Mäusen hebt den tödlichen Phänotyp verursacht durch den Verlust der MALT1-TRAF6 Interaktion vollständig auf, was somit beweist, dass die konstitutive MALT1 Proteaseaktivität verantwortlich für die Autoentzündungen nach fehlender TRAF6 Interaktion ist. Weiterhin mildert sich die Autoimmunität in Mäusen mit spezifischer Ablation von TRAF6 in T Zellen durch gezielte therapeutische Behandlung mit einem potenten MALT1 Inhibitor. Somit ist TRAF6 ein positiver Regulator der CBM Komplex-abhängigen Signalübertragung nach Antigenstimulation in aktivierten T Zellen und gleichzeitig ein negativer Regulator der MALT1 Protease Aktivität in ruhenden T-Zellen. Durch die Unterbindung der Enzymaktivität von MALT1 in ruhenden T-Zellen trägt TRAF6 somit entscheidend zur Aufrechterhaltung einer peripheren Immuntoleranz bei. Diese Daten verdeutlichen die komplexe duale Rolle von TRAF6 und bieten eine Grundlage für die Benutzung von MALT1 Inhibitoren in neuen Therapieansätzen zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: adaptive immunity, autoimmune disease, effector T cells, homeostasis, therapeutic intervention
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
• Fakultäten: Fakultät für Biologie
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 28. Oktober 2021
• 1. Bericht­erstatter:in: Krappmann, Daniel