Confinement forcé : biophysique de l'invasion fongique

Nombre de cellules allongées se développent par extension à une extrémité, l’apex, ce qui leur permet d'explorer leur environnement, dans lequel elles perçoivent à la fois des signaux chimiques et physiques. Par exemple, un pathogène fongique reçoit des signaux chimiques des cellules hôtes, mais répond également au contexte physique d'un site d'infection, comme les contours, les barrières et le confinement. Pour endommager les cellules hôtes, les pathogènes fongiques doivent perturber les barrières membranaires cellulaires et, dans de nombreux cas, pénétrer activement dans les tissus. Les forces générées par la croissance des apex des filaments, associées aux enzymes sécrétées, entraînent une pénétration cellulaire et tissulaire.

Alors que de nombreuses études ont abordé la façon dont les pathogènes réagissent au stress chimique, on sait peu de choses sur la façon dont ils font face au stress physique, c'est-à-dire à la force résistive, lors d'une invasion. Pour répondre à cette question, les chercheurs ont adopté une approche interdisciplinaire pour examiner la capacité des cellules filamenteuses du champignon pathogène Candida albicans à pénétrer et à croître de manière invasive dans des substrats de rigidité différente.

Cet effort collaboratif tire parti des méthodes de microfabrication avec le PDMS, polymère de la classe des silicones pour construire des chambres de confinement de rigidité différente, dans lesquelles on peut suivre et quantifier le comportement de croissance. Les chercheurs en biologie cellulaire et en physique de la matière molle ont démontré qu'il existe un seuil de rigidité pour la pénétration fongique d'environ 200 kPa, équivalent à une semelle en caoutchouc rigide. Les filaments fongiques peuvent pénétrer dans des substrats en dessous de ce seuil, croitre avec une vitesse d'extension réduite et des repliements spectaculaires. Les chercheurs ont utilisé la microscopie sur cellules vivantes pour suivre la croissance cellulaire dans le PDMS et ont observé des changements frappants dans la forme des cellules, avec des filaments plus courts et plus larges. À l'aide d'un modèle physique, ils ont pu déterminer pour ce pathogène fongique une pression de turgescence, c'est-à-dire la force à l'intérieur des cellules qui les maintient dilatées, d’environ 2 MPa – soit 10 fois la pression dans un pneu de voiture. Les changements de forme cellulaire pendant la croissance invasive ne sont pas dus à une perte de polarité cellulaire. En effet, pendant ce processus, il y a augmentation du taux de la protéine clé de la polarité, hautement conservée, Cdc42, à l'extrémité du filament. De fait, les changements de morphologie se produisent à une distance substantielle du site de croissance, c'est-à-dire de l’apex du filament, suite à une compression mécanique.

Cette étude interdisciplinaire, dans laquelle une combinaison de méthodes de biologie moléculaire, de microscopie sur cellules vivantes, de microfabrication et de modèle physique a été utilisée, révèle que c’est la rigidité de la cellule hôte qui dicte vraisemblablement le type de cellule que les pathogènes fongiques peuvent pénétrer et endommager.

Pour en savoir plus :

Mechanical force-induced morphology changes in a human fungal pathogen.
Puerner C, Kukhaleishvili N, Thomson D, Schaub S, Noblin X, Seminara A, Bassilana M, Arkowitz RA
BMC Biol. 11 Sep 2020. DOI: 10.1186/s12915-020-00833-0