Reconstruction d’une pile z acquise de manière intravitale du cortex rénal d’une souris 4 heures après l’infection par Candida albicans. La reconstruction 3D est virtuellement découpée pour exposer les cellules fongiques se développant entre les tubules et une cellule hyphale pénétrant dans une cellule épithéliale tubulaire. Avant l’infection, les cellules non filamenteuses exprimant de manière constitutive la protéine fluorescente rouge yEmRFP ont été colorées avec de l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC; vert). La sonde fluorescente FITC reste associée aux cellules mères et les cellules filles des hyphes émergentes apparaissent en rouge. Les tubules sont visualisés en raison de l’autofluorescence intrinsèque du NAD(P)H (sarcelle). Les structures vertes autofluorescentes à la surface proviennent du collagène présent dans la capsule rénale. Crédit : Christiane Peuckert, Université de Stockholm
Une équipe internationale de scientifiques, dirigée par des chercheurs du Département des biosciences moléculaires, de l’Institut Wenner-Gren, de SciLifeLab de l’Université de Stockholm, a publié dans Agents pathogènes PLoS la première application réussie de la microscopie intravitale à deux photons (IVM) pour imager la dynamique des infections fongiques dans le rein d’un hôte vivant. L’étude révèle que le pathogène fongique humain opportuniste Candida albicans nécessite la capacité de métaboliser la proline, un acide aminé obtenu de l’hôte, pour déclencher des infections virulentes.
Candida albicans a récemment été répertorié comme l’un des quatre agents pathogènes fongiques « prioritaires » par l’Organisation mondiale de la santé (OMS). Une caractéristique déterminante de C. albicans est qu’il s’agit d’un organisme commensal qui se développe en symbiose avec d’autres composants de la microflore humaine et qui est normalement bien toléré. Cependant, lorsque les humains rencontrent des problèmes de santé qui affectent négativement le système immunitaire, C. albicans peut provoquer des infections sanguines mortelles à moins d’être traitée de manière agressive.
Au cours de l’infection, on sait que les cellules de C. albicans changent de morphologie, passant de cellules ovoïdes ressemblant à des levures à des cellules hyphales filamenteuses allongées, un processus lié à la capacité de ce champignon à se développer en tant qu’agent pathogène. Bien que l’on sache depuis longtemps que la proline déclenche la croissance des hyphes, on a récemment découvert que C. albicans pouvait utiliser la proline comme principale source d’énergie. La dégradation de la proline a lieu dans les mitochondries, la centrale électrique de la cellule.
L’équipe d’enquête rapporte maintenant que la proline est une source d’énergie importante chez d’autres espèces pathogènes de Candida, y compris C. auris multirésistante, une menace émergente pour la santé et également un pathogène fongique prioritaire de l’OMS. L’auteur principal de cette étude, le Dr Fitz Gerald S. Silao, explique : « Dans les cellules fongiques possédant des mitochondries équipées d’un ensemble complet de complexes respiratoires économes en énergie, le catabolisme de la proline génère presque autant d’énergie chimique (ATP) que le catabolisme du sucre glucose, riche en énergie.
Les groupes collaborateurs ont donné accès à une multitude de modèles d’infection, notamment la peau artificielle, la co-culture avec des cellules immunitaires, la survie dans le sang humain total et deux systèmes hôtes modèles. Les résultats ont montré de manière cohérente que les souches incapables de métaboliser la proline présentent des propriétés de virulence considérablement réduites et une capacité clairement diminuée à subir des transitions morphologiques. Ces observations fournissent de nouvelles informations impliquant le métabolisme de la proline comme déterminant clé de la croissance fongique pathogène.
La proline, l’un des 20 acides aminés naturels du corps, est enrichie en protéines de la matrice extracellulaire telles que le collagène et, en tant que telle, est facilement disponible lorsque le tissu conjonctif est dégradé au niveau des sites d’infection ou lorsqu’un hôte devient vulnérable en conséquence. de croissance cancéreuse ou dès l’apparition d’une sarcopénie. Étonnamment, la dissection génétique de la voie d’utilisation de la proline (PUT) et des mécanismes de contrôle régissant l’utilisation de la proline a conduit à la découverte que la proline est toxique pour les cellules incapables de la cataboliser. Cette dernière découverte était inattendue et des travaux supplémentaires sont nécessaires pour résoudre le mystère et le mécanisme sous-jacent de sa toxicité.
Le rein est le principal organe touché lors des infections du sang par C. albicans, et il est impératif de comprendre pourquoi. Pour obtenir des réponses, l’équipe a d’abord appliqué un modèle d’infection murin, qui reste inestimable pour ce type de travail, et a découvert que les cellules de C. albicans dépourvues de la capacité d’utiliser la proline étaient moins invasives et moins virulentes. Notamment, les souris infectées par des cellules fongiques incapables de cataboliser la proline, par exemple des cellules dépourvues de l’enzyme Put2 (1-pyrroline-5-carboxylate (P5C) déshydrogénase), ont présenté une maladie plus légère ou aucun symptôme.
Ensuite, la microscopie intravitale (IVM) à 2 photons de pointe a été utilisée pour visualiser, en temps réel, l’invasion des cellules de C. albicans au plus profond du cortex rénal à l’intérieur d’un hôte vivant. Contrairement aux cellules natives de type sauvage, les cellules déficientes en Put2 (put2-/-) n’ont pas réussi à former d’hyphes dans les reins. Il convient de reconnaître que l’imagerie des premières étapes d’une infection en cours est très difficile en raison de nombreux facteurs, tels que la petite taille et la rareté des cellules fongiques et les mouvements continus associés aux processus vitaux et essentiels à la vie chez les hôtes vivants.
“L’utilisation de souches rapporteuses et de techniques de coloration différentielle nous a permis de repérer rapidement les excroissances fongiques en profondeur dans les tissus. L’IVM change vraiment la donne car elle permet l’imagerie d’un processus dynamique dans les organes dans leur contexte physiologique intact et à des profondeurs inaccessibles. avec la fluorescence conventionnelle ou la microscopie confocale », explique le Dr Christiane Peuckert, responsable de l’IntraVital Microscopy Facility-Stockholm University (IVMSU) et auteur co-correspondant de l’article.
Comme l’explique le professeur Per O. Ljungdahl, auteur principal de cette étude : « Le rein est une plaque tournante majeure du métabolisme de la proline, ce qui rend nos données conformes aux processus connus liés à la fonction rénale et rend ce travail encore plus intéressant. Nos futures recherches se concentreront sur la création d’ensembles de souches rapporteuses pour évaluer et visualiser directement l’utilisation de la proline dans le rein. Nous étendrons également l’application de l’IVM à d’autres espèces de Candida pour déterminer si un réseau métabolique de proline adapté à l’environnement hôte du mammifère est une caractéristique commune et clé de d’importants pathogènes fongiques humains opportunistes qui sont de plus en plus préoccupants pour la santé humaine.
Plus d’information:
Fitz Gerald S. Silao et al, Le catabolisme de la proline est un facteur clé facilitant la pathogénicité de Candida albicans, Agents pathogènes PLoS (2023). DOI : 10.1371/journal.ppat.1011677
Fourni par l’Université de Stockholm
Citation: La visualisation des infections fongiques profondément dans les tissus de l’hôte vivant révèle que le métabolisme de la proline facilite la virulence (2 novembre 2023) récupéré le 2 novembre 2023 sur
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