The role of ubiquitination and deubiquitination in the regulation of BRCA1 function during genotoxic stress

BRCA1 est un suppresseur de tumeur majeur jouant un rôle dans la transcription, la réparation de l’ADN et le maintien de la stabilité génomique. En effet, des mutations dans le gène BRCA1 augmentent considerablement le risque de cancers du sein et de l’ovaire. BRCA1 a été en majorité caractérisé pour son rôle dans la réparation de l’ADN par la voie de recombinaison homologue (HR) en présence de bris double brins, par example, induits par l’irradiation gamma (IR). Cependant, la fonction de BRCA1 dans d’autres voies de réparation de l’ADN, comme la réparation par excision de nucléotides (NER) ou par excision de base (BER), demeurent toutefois obscures. Il est donc important de comprendre la régulation de BRCA1 en présence d’agents génotoxiques comme le méthyle méthanesulfonate (MMS) ou l’UV, qui promouvoient le BER et le NER respectivement. Nos observations suggèrent que BRCA1 est dégradée par le protéasome après traitement avec le MMS ou les UV, et non avec l’IR. Par ailleurs, cette dégradation semble compromettre le recrutement de Rad51, suggérant que la voie de HR est inhibée. Nos résultats suggèrent que la HR est inhibée afin d’éviter l’activation simultanée de multiples voies de réparation. Nous avons aussi observé que la dégradation BRCA1 est réversible et que la restauration des niveaux de BRCA1 coïncide avec le recrutement de Rad51 aux sites de dommages. Cela suggère que la HR est réactivée tardivement par les bris double brins générés suite à l’effondrement des fourches de réplication. Ayant observé que BRCA1 est hautement régulé par l’ubiquitination et est ciblé par le protéasome pour dégradation, nous avons émis une hypothèse que BRCA1 est régulé par des déubiquitinases. Cela amène à caractériser plus en profondeur par un criblage en déplétant les déubiquitinases individuellement par RNAi et en observant leur effet sur le recrutement de BRCA1 et des protéines reliées à cette voie. Un criblage préliminaire nous a permi d’identifié candidats potentiels tel que BAP1, CXORF53, DUB3, OTUB1 et USP36.

Two Nuclear Localization Signals in USP1 Mediate Nuclear Import of the USP1/UAF1 Complex

9 p. : il.

Structure-function analysis of USP1: insights into the role of Ser313 phosphorylation site and the effect of cancer-associated mutations on autocleavage

Background: In complex with its cofactor UAF1, the USP1 deubiquitinase plays an important role in cellular processes related to cancer, including the response to DNA damage. The USP1/UAF1 complex is emerging as a novel target in cancer therapy, but several aspects of its function and regulation remain to be further clarified. These include the role of the serine 313 phosphorylation site, the relative contribution of different USP1 sequence motifs to UAF1 binding, and the potential effect of cancer-associated mutations on USP1 regulation by autocleavage. Methods: We have generated a large set of USP1 structural variants, including a catalytically inactive form (C90S), non-phosphorylatable (S313A) and phosphomimetic (S313D) mutants, deletion mutants lacking potential UAF1 binding sites, a mutant (GG/AA) unable to undergo autocleavage at the well-characterized G670/G671 diglycine motif, and four USP1 mutants identified in tumor samples that cluster around this cleavage site (G667A, L669P, K673T and A676T). Using cell-based assays, we have determined the ability of these mutants to bind UAF1, to reverse DNA damage-induced monoubiquitination of PCNA, and to undergo autocleavage. Results: A non-phosphorylatable S313A mutant of USP1 retained the ability to bind UAF1 and to reverse PCNA ubiquitination in cell-based assays. Regardless of the presence of a phosphomimetic S313D mutation, deletion of USP1 fragment 420-520 disrupted UAF1 binding, as determined using a nuclear relocation assay. The UAF1 binding site in a second UAF1-interacting DUB, USP46, was mapped to a region homologous to USP1(420-520). Regarding USP1 autocleavage, co-expression of the C90S and GG/AA mutants did not result in cleavage, while the cancer-associated mutation L669P was found to reduce cleavage efficiency. Conclusions: USP1 phosphorylation at S313 is not critical for PCNA deubiquitination, neither for binding to UAF1 in a cellular environment. In this context, USP1 amino acid motif 420-520 is necessary and sufficient for UAF1 binding. This motif, and a homologous amino acid segment that mediates USP46 binding to UAF1, map to the Fingers sub-domain of these DUBs. On the other hand, our results support the view that USP1 autocleavage may occur in cis, and can be altered by a cancer-associated mutation.

USP17 Regulates Ras Activation and Cell Proliferation by Blocking RCE1 Activity

The proto-oncogene Ras undergoes a series of post-translational modifications at its carboxyl-terminal CAAX motif that are essential for its proper membrane localization and function. One step in this process is the cleavage of the CAAX motif by the enzyme Ras-converting enzyme 1 (RCE1). Here we show that the deubiquitinating enzyme USP17 negatively regulates the activity of RCE1. We demonstrate that USP17 expression blocks Ras membrane localization and activation, thereby inhibiting phosphorylation of the downstream kinases MEK and ERK. Furthermore, we show that this effect is caused by the loss of RCE1 catalytic activity as a result of its deubiquitination by USP17. We also show that USP17 and RCE1 co-localize at the endoplasmic reticulum and that USP17 cannot block proliferation or Ras membrane localization in RCE1 null cells. These studies demonstrate that USP17 modulates Ras processing and activation, at least in part, by regulating RCE1 activity.

Epstein-Barr Virus Large Tegument Protein BPLF1 Contributes to Innate Immune Evasion through Interference with Toll-Like Receptor Signaling

Viral infection triggers an early host response through activation of pattern recognition receptors, including Toll-like receptors (TLR). TLR signaling cascades induce production of type I interferons and proinflammatory cytokines involved in establishing an anti-viral state as well as in orchestrating ensuing adaptive immunity. To allow infection, replication, and persistence, (herpes)viruses employ ingenious strategies to evade host immunity. The human gamma-herpesvirus Epstein-Barr virus (EBV) is a large, enveloped DNA virus persistently carried by more than 90% of adults worldwide. It is the causative agent of infectious mononucleosis and is associated with several malignant tumors. EBV activates TLRs, including TLR2, TLR3, and TLR9. Interestingly, both the expression of and signaling by TLRs is attenuated during productive EBV infection. Ubiquitination plays an important role in regulating TLR signaling and is controlled by ubiquitin ligases and deubiquitinases (DUBs). The EBV genome encodes three proteins reported to exert in vitro deubiquitinase activity. Using active site-directed probes, we show that one of these putative DUBs, the conserved herpesvirus large tegument protein BPLF1, acts as a functional DUB in EBV-producing B cells. The BPLF1 enzyme is expressed during the late phase of lytic EBV infection and is incorporated into viral particles. The N-terminal part of the large BPLF1 protein contains the catalytic site for DUB activity and suppresses TLR-mediated activation of NF-κB at, or downstream of, the TRAF6 signaling intermediate. A catalytically inactive mutant of this EBV protein did not reduce NF-κB activation, indicating that DUB activity is essential for attenuating TLR signal transduction. Our combined results show that EBV employs deubiquitination of signaling intermediates in the TLR cascade as a mechanism to counteract innate anti-viral immunity of infected hosts.

Structural bioinformatics analysis of the family of human ubiquitin-specific proteases

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Rôle de la déubiquitinase BAP1 dans la réponse cellulaire aux dommages à l'ADN

L'ubiquitination est une modification post-traductionnelle qui joue un rôle central dans divers processus biologiques. Elle peut être contrecarrée par les déubiquitinases (DUBs). "BRCA1-Associated Protein 1" (BAP1) est une déubiquitinase, qui fait partie de complexes multiprotéiques, possèdant une fonction de suppression tumorale ainsi qu'un potentiel anti-métastatique. De plus, BAP1 est phosphorylée suite aux dommages à l’ADN par les kinases ATM/ATR. En nous basant sur ces données, nous avons purifié les protéines associées à BAP1 dans des conditions de stress génotoxique. Bien que la composition du complexe et l’activité DUB semblent inchangées, nous avons pu identifier des changements critiques dans les niveaux et les sites de phosphorylation, confirmant la régulation de BAP1 suite aux dommages à l’ADN. En déplétant BAP1 par ARNi et en utilisant des mutants dominants négatifs, nous avons obtenu des résultats suggèrant que suite au stress génotoxique, cette DUB est requise pour prolonger le point de contrôle en G2/M et ce, en retardant la reprise du cycle cellulaire. D'un autre côté, l'expression de BAP1 dans des cellules cancéreuses qui en sont déficientes restore une ploïdie normale et diminue la fréquence d'aberrations nucléaires, suggérant que cette protéine joue un rôle dans la stabilité génomique. Nos résultats suggèrent fortement que BAP1 joue un rôle dans la réponse des cellules au stress génotoxique et la stabilité génomique. Nos travaux permettront ainsi d’identifier et de caractériser les voies de signalisation cellulaire régulant l’activité et la fonction de BAP1 durant les périodes d’exposition à des agents qui endommagent l’ADN. Les connaissances acquises seront donc d’une valeur tangible pour nôtre compréhension de la mutagenèse induite par des agents carcinogènes, un déterminant clé de la formation des tumeurs.

Mécanismes de régulation du trafic et de l’activité du récepteur GABAB

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central et est impliqué dans diverses pathologies incluant l’épilepsie, l’anxiété, la dépression et la dépendance aux drogues. Le GABA agit sur l’activité neuronale par l’activation de deux types de récepteurs; le canal chlorique pentamérique GABAA et l’hétérodimère obligatoire de récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) GABAB. Chacun des récepteurs est responsable de phases distinctes de la réponse cellulaire au GABA. Lors d’une stimulation par le GABA, il est essentiel pour la cellule de pouvoir contrôler le niveau d’activité des récepteurs et au besoin, de limiter leur activation par des mécanismes de désensibilisation et de régulation négative. La désensibilisation nécessite le découplage du récepteur de ses effecteurs, ainsi que sa compartimentation hors de la membrane plasmique dans le but de diminuer la réponse cellulaire à l’agoniste. Les mécanismes de contrôle de l’activité de GABAB semblent anormaux pour un RCPG et sont encore mal moléculairement caractérisés. L’objet de cette thèse est d’étudier la régulation du récepteur GABAB et de sa signalisation par la caractérisation de nouvelles protéines d’interactions étant impliquées dans la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation du récepteur. Une première étude nous a permis d’identifier la protéine NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) comme interagissant avec le récepteur hétérodimérique. Nous avons caractérisé le site d’interaction au niveau du domaine coiled-coil de chacune des deux sous-unités de GABAB et constaté la dépendance de cette interaction au statut de l’activité ATPasique de NSF. Nous avons observé que cette interaction pouvait être dissociée par l’activation de GABAB, induisant la phosphorylation du récepteur par la protéine kinase C (PKC) parallèlement à la désensibilisation du récepteur. L’activation de PKC par le récepteur est dépendante de l’interaction NSF-GABAB, ce qui suggère une boucle de rétroaction entre NSF et PKC. Nous proposons donc un modèle où, à l’état basal, le récepteur interagit avec NSF, lui permettant d’activer PKC en réponse à la stimulation par un agoniste, et où cette activation permet à PKC de phosphoryler le récepteur, induisant sa dissociation de NSF et sa désensibilisation. Nous avons par la suite étudié la dégradation et l’ubiquitination constitutive de GABAB et la régulation de celles-ci par PKC et l’enzyme de déubiquitination USP14 (ubiquitin-specific protease 14). Au niveau basal, le récepteur est ubiquitiné, et présente une internalisation et une dégradation rapide. L’activation de PKC augmente l’ubiquitination à la surface cellulaire et l’internalisation, et accélère la dégradation du récepteur. USP14 est en mesure de déubiquitiner le récepteur suite à l’internalisation, mais accélère aussi la dégradation par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique. Nos résultats suggèrent un mécanisme où l’ubiquitination promeut l’internalisation et où USP14 cible le récepteur ubiquitiné vers un processus de dégradation lysosomale. La troisième étude porte sur la régulation de la densité de récepteurs à la membrane plasmique par la protéine Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2). Nous avons déterminé que Grb2 interagit avec GABAB1 au niveau de la séquence PEST (riche en proline, glutamate, sérine et thréonine) du domaine carboxyl-terminal, et que cette interaction module l’expression à la surface du récepteur hétérodimérique en diminuant l’internalisation constitutive par un mécanisme encore inconnu. Cette inhibition de l’internalisation pourrait provenir d’une compétition pour le site de liaison de Grb2 à GABAB1, ce site étant dans une région interagissant avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic du récepteur, tels le complexe COPI et la sous-unité γ2S du récepteur GABAA (1, 2). En proposant de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant l’activité et l’expression à la membrane du récepteur GABAB par les protéines NSF, PKC, USP14 et Grb2, les études présentées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les processus d’internalisation et de dégradation, ainsi que du contrôle de l’activité de GABAB par la désensibilisation, ouvrant la porte à une meilleure compréhension de la signalisation GABAergique.

Regulation of BAP1 tumor suppressor complex by post-translational modifications

Le régulateur transcriptionnel BAP1 est une déubiquitinase nucléaire (DUB) dont le substrat est l’histone H2A modifiée par monoubiquitination au niveau des residus lysines 118 et 119 (K118/K119). Depuis les dernières années, BAP1 emerge comme un gene suppresseur de tumeur majeur. En effet, BAP1 est inactivé dans un plethore de maladies humaines héréditaires et sporadiques. Cependant, malgré l’accumulation significative des connaissances concernant l’occurrence, la pénétrance et l’impact des défauts de BAP1 sur le développement de cancers, ses mécanismes d’action et de régulation restent très peu compris. Cette étude est dédiée à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle du complexe multi-protéique de BAP1 et se présente parmi les premiers travaux décrivant sa régulation par des modifications post-traductionnelles. D’abord, nous avons défini la composition du corps du complexe BAP1 ainsi que ses principaux partenaires d’interaction. Ensuite, nous nous sommes spécifiquement intéressés a investiguer d’avantage deux principaux aspects de la régulation de BAP1. Nous avons d’abord décrit l’inter-régulation entre deux composantes majeures du complexe BAP1, soit HCF-1 et OGT. D’une manière très intéressante, nous avons trouvé que le cofacteur HCF-1 est un important régulateur des niveaux protéiques d’OGT. En retour, OGT est requise pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant sa protéolyse par O-GlcNAcylation, un processus de régulation très important pour le bon fonctionnement de HCF-1. D’autre part, nous avons découvert un mécanisme unique de régulation de BAP1 médiée par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. en effet, UBE2O se caractérise par le fait qu’il s’agit aussi bien d’une ubiquitine conjuratrice et d’une ubiquitine ligase. UBE2O, multi-monoubiquitine BAP1 au niveau de son domaine NLS et promeut son exclusion du noyau, le séquestrant ainsi dans le cytoplasme. De façon importante, nos travaux ont permis de mettre de l’emphase sur le rôle de l’activité auto-catalytique de chacune de ces enzymes, soit l’activité d’auto-déubiquitination de BAP1 qui est requise pour la maintenance de sa localisation nucléaire ainsi que l’activité d’auto-ubiquitination d’UBE2O impliquée dans son transport nucléo-cytoplasmique. De manière significative, nous avons trouvé que des défauts au niveau de l’auto-déubiquitination de BAP1 due à des mutations associées à certains cancers indiquent l’importance d’une propre regulation de cette déubiquitinase pour les processus associés à la suppression de tumeurs.

Biochemical and functional characterization of the tumor suppressors BRCA1 and BAP1

L’ubiquitination est une modification post-traductionnelle qui joue un rôle majeur dans la régulation d’une multitude de processus cellulaires. Dans cette thèse, je discuterai de la caractérisation de deux protéines, BRCA1 et BAP1, soit deux suppresseurs de tumeurs fonctionnellement reliés. BRCA1, une ubiquitine ligase qui catalyse la liaison de l’ubiquitine à une protéine cible, est mutée dans les cancers du sein et de l'ovaire. Il est bien établi que cette protéine aide à maintenir la stabilité génomique suite à un bris double brin de l’ADN (BDB), et ce, à l’aide d’un mécanisme de réparation bien caractérisé appelé recombinaison homologue. Cependant, les mécanismes de régulation de BRCA1 suite à des stresses génotoxiques n’impliquant pas directement un BDB ne sont pas pleinement élucidés. Nous avons démontré que BRCA1 est régulée par dégradation protéasomale suite à une exposition des cellules à deux agents génotoxiques reconnus pour ne pas directement générer des BDBs, soit les rayons UV, qui provoquent la distorsion de l’hélice d’ADN, et le méthyle méthanesulfonate (MMS), qui entraîne l’alkylation de l’ADN. La dégradation de BRCA1 est réversible et indépendante des kinases associées à la voie des PI3 kinase, soit ATM, ATR et DNA-PK, protéines qui sont rapidement activées par les dommages à l’ADN. Nous proposons que la dégradation de BRCA1 prévienne son recrutement intempestif, ainsi que celui des facteurs qui lui sont associés, à des sites de dommages d’ADN qui ne sont pas des BDBs, et que cette régulation coordonne la réparation de l’ADN. L’enzyme de déubiquitination BAP1 a initialement été identifiée comme une protéine capable d’interagir avec BRCA1 et de réguler sa fonction. Elle est également connue pour sa capacité à se lier avec les protéines du groupe Polycomb, ASXL1 et ASXL2. Cependant, l’importance de ces interactions n’a toujours pas été établie. Nous avons démontré que BAP1 forme deux complexes protéiques mutuellement exclusifs avec ASXL1 et ASXL2. Ces interactions sont critiques pour la liaison de BAP1 à l’ubiquitine ainsi que pour la stimulation de son activité enzymatique envers l’histone H2A. Nous avons également identifié des mutations de BAP1 dérivées de cancers qui empêchent à la fois son interaction avec ASXL1 et AXSL2, et son activité de déubiquitinase, ce qui fournit un lien mécanistique direct entre la déubiquitination de H2A et la tumorigenèse. Élucider les mécanismes de régulation de BRCA1 et BAP1 menera à une meilleure compréhension de leurs rôles de suppresseurs de tumeurs, permettant ainsi d’établir de nouvelles stratégies de diagnostic et traitement du cancer.

Functional studies of the deubiquitinating enzymes USP19, USP4 and UCH-L1

El marcaje de proteínas con ubiquitina, conocido como ubiquitinación, cumple diferentes funciones que incluyen la regulación de varios procesos celulares, tales como: la degradación de proteínas por medio del proteosoma, la reparación del ADN, la señalización mediada por receptores de membrana, y la endocitosis, entre otras (1). Las moléculas de ubiquitina pueden ser removidas de sus sustratos gracias a la acción de un gran grupo de proteasas, llamadas enzimas deubiquitinizantes (DUBs) (2). Las DUBs son esenciales para la manutención de la homeostasis de la ubiquitina y para la regulación del estado de ubiquitinación de diferentes sustratos. El gran número y la diversidad de DUBs descritas refleja tanto su especificidad como su utilización para regular un amplio espectro de sustratos y vías celulares. Aunque muchas DUBs han sido estudiadas a profundidad, actualmente se desconocen los sustratos y las funciones biológicas de la mayoría de ellas. En este trabajo se investigaron las funciones de las DUBs: USP19, USP4 y UCH-L1. Utilizando varias técnicas de biología molecular y celular se encontró que: i) USP19 es regulada por las ubiquitin ligasas SIAH1 y SIAH2 ii) USP19 es importante para regular HIF-1α, un factor de transcripción clave en la respuesta celular a hipoxia, iii) USP4 interactúa con el proteosoma, iv) La quimera mCherry-UCH-L1 reproduce parcialmente los fenotipos que nuestro grupo ha descrito previamente al usar otros constructos de la misma enzima, y v) UCH-L1 promueve la internalización de la bacteria Yersinia pseudotuberculosis.

Endosomal deubiquitinating enzymes control ubiquitination and down-regulation of protease-activated receptor 2

The E3 ubiquitin ligase c-Cbl ubiquitinates the G protein-coupled receptor protease-activated receptor 2 (PAR(2)), which is required for postendocytic sorting of activated receptors to lysosomes, where degradation terminates signaling. The mechanisms of PAR(2) deubiquitination and its importance in trafficking and signaling of endocytosed PAR(2) are unknown. We report that receptor deubiquitination occurs between early endosomes and lysosomes and involves the endosomal deubiquitinating proteases AMSH and UBPY. Expression of the catalytically inactive mutants, AMSH(D348A) and UBPY(C786S), caused an increase in PAR(2) ubiquitination and trapped the receptor in early endosomes, thereby preventing lysosomal trafficking and degradation. Small interfering RNA knockdown of AMSH or UBPY also impaired deubiquitination, lysosomal trafficking, and degradation of PAR(2). Trapping PAR(2) in endosomes through expression of AMSH(D348A) or UBPY(C786S) did not prolong the association of PAR(2) with beta-arrestin2 or the duration of PAR(2)-induced ERK2 activation. Thus, AMSH and UBPY are essential for trafficking and down-regulation of PAR(2) but not for regulating PAR(2) dissociation from beta-arrestin2 or PAR(2)-mediated ERK2 activation.

The role of CYLD in dendritic cell function

Deubiquitination of NF-κB members by CYLD is crucial in controlling the magnitude and nature of cell activation. The naturally occurring CYLD splice variant, devoid of exons 7 and 8, lacks TRAF2 and NEMO binding sites. The role of this splice variant in dendritic cell (DC) function was analyzed using CYLDex7/8 mice, which lack the full-length CYLD (FL-CYLD) transcript and over-express the short splice variant (sCYLD). Bone marrow derived DCs (BMDC) from CYLDex7/8 mice display a hyper-reactive phenotype in vitro and in vivo and have a defect in establishing tolerance using DEC205-mediated antigen targeting to resting DCs. This phenotype was accompanied by an increased nuclear translocation of the IκB molecule Bcl-3, and increased degradation of cytoplasmic p105 in CYLDex7/8 BMDCs after stimulation. This suggests that in contrast to FL-CYLD, sCYLD is a positive regulator of NF-κB activity and its over-expression induces a hyper-reactive phenotype in DCs.

Inhibition of Deubiquitinase Activity and Ubiquitination of Jak2 Blocks Cytokine Signaling and Induces Tumor Cell Apoptosis

The Jak-stat pathway is critical for cellular proliferation and is commonly found to be deregulated in many solid tumors as well as hematological malignancies. Such findings have spurred the development of novel therapeutic agents that specifically inhibit Jak2 kinase, thereby suppressing tumor cell growth. Tyrphostin AG490, the first described Jak2 inhibitor, displays poor pharmacology and requires high concentrations for anti-tumor activities. Our research group screened a small library of AG490 structural analogues and identified WP1130 as a potent inhibitor of Jak2 signaling. However, unlike AG490, WP1130 did not directly inhibit Jak2 kinase activity. Our results show that WP1130 induces rapid ubiquitination and subsequent re-localization of Jak2 into signaling incompetent aggresomes. In addition to Jak2, WP1130 also induces accumulation of other ubiquitinated proteins without inhibiting 20S proteasome activity. Further analysis of the mechanism of action of WP1130 revealed that WP1130 acts as a partly selective DUB inhibitor. It specifically inhibits the deubiquitinase activity of USP9x, USP5, USP14 and UCH37. WP1130 mediated inhibition of tumor-associated DUBs resulted in down-regulation of anti-apoptotic and up-regulation of pro-apoptotic proteins, such as MCL-1 and p53 respectively. Our results demonstrate that chemical modification of a previously described Jak2 inhibitor results in the unexpected discovery of a novel compound which acts as a DUB inhibitor, suppressing Jak-Stat signaling by a novel mechanism.

The Role of K63-linked Ubiquitination Cycles in Akt Kinase Activation

Akt (also known as protein kinase B) serves a central regulator in PI3K/Akt signaling pathways to regulate numerous physiological functions including cell proliferation, survival and metabolism. Akt activation requires the binding of Akt to phospholipid PIP3 on the plasma membrane and subsequent phosphorylation of Akt by its kinases. Growth factor-mediated membrane recruitment of Akt is a crucial step for Akt activation. However, the mechanism of Akt membrane translocation is unclear. Protein ubiquitination is a significant posttranslational modification that controls many biological functions such as protein trafficking and signaling activation. Therefore, we hypothesize that ubiquitination may be involved in Akt signaling activation. We have demonstrated that Akt could be conjugated with non-proteolytic K63-linked ubiquitination by TRAF6 ubiquitin E3 ligase. This modification on Akt was required for membrane recruitment, phosphorylation and activation of Akt in response to growth factor stimulation. The human cancer-associated Akt E17K mutant exhibited an increase in K63-linked ubiquitination, which contributes to the enrichment of membrane recruitment and phosphorylation of Akt. Thus, we conclude that K63-linked ubiquitination is a critical step for oncogenic Akt activation and also involved in human cancer development. Notably, the process of protein ubiquitination can be reversed by deubiquitinating enzymes (DUBs), which play a critical role to terminate signaling activation induced by ubiquitination. To further investigate how ubiquitination cycles regulate Akt activation, we have identified that CYLD as a DUB for Akt, and CYLD inhibited growth factor-induced ubiquitination and activation of Akt. Under serum-depletion condition, CYLD interacts with Akt and keep Akt under inactive state by directly removing K63-linked ubiquitination of Akt. CYLD disassociates with Akt upon growth factor stimulation, thereby allowing E3 ligases to induce ubiquitination and activation of Akt. We also demonstrated that CYLD deficiency promoted cancer cell proliferation, survival, glucose metabolism and human prostate cancer development. Therefore, we conclude that CYLD plays a critical role for negatively regulating Akt signaling activation through deubiquitination of Akt. In summary, this study delineated the important mechanism of cycles of ubiquitination and deubiquitination of Akt in regulating membrane translocation and activation of Akt, and TRAF6 and CYLD as central switches for these processes.