Forces et Croissance fongique Invasive Filamenteuse – FORFUNIGO

Les champignons provoquent des infections variées, qui peuvent être létales, et représentent une menace mondiale émergente. La croissance filamenteuse est critique pour leur virulence. Peu de choses sont connues sur les forces physiques générées par les filaments fongiques (hyphes), en particulier sur l'importance de ces forces pour l’invasion ou l'évasion des tissus/cellules, ni comment les forces résistives extracellulaires affectent les hyphes. Ce projet international et interdisciplinaire est le résultat d'interactions entre biologistes et physiciens ayant une expertise complémentaire dans l'imagerie de cellules vivantes, la tomographie électronique, la génétique moléculaire, les mesures physiques, la microfabrication et la modélisation mathématique. L'objectif principal de ce projet est d'élucider l’interdépendance entre forces physiques, croissance de l’apex de l’hyphe et organisation intracellulaire, et plus précisément de déterminer comment le pathogène fongique de l’homme, Candida albicans, répond aux forces résistives. Pour détecter les forces cellulaires, nous utiliserons des microchambres constituées d'élastomère, comme le PDMS, qui permettront de quantifier les forces critiques pour la croissance filamenteuse de C. albicans. Utilisant ces microchambres de taille contrainte et de rigidité variable, nous déterminerons l'importance de la paroi cellulaire, du cytosquelette, de la voie de sécrétion, et de la signalisation via les GTPases et les lipides, pour la génération des forces hyphales lors du contact et de l'invasion d’un substrat. Spécifiquement, nous quantifierons la déformation de la cellule fongique et celle de la microchambre, ainsi que la limite de rigidité pour laquelle la pénétration du substrat est observée et la vitesse de croissance des hyphes sur et dans des substrats de rigidité différente. Ces paramètres seront déterminés pour la souche sauvage et des souches mutantes, en présence et en absence de perturbants chimiques variés. Nous allons également déterminer la forme de l’apex lors du contact et de la pénétration des hyphes dans du PDMS de rigidité différente, ainsi que l'épaisseur de la paroi cellulaire au cours de ces processus, en utilisant une approche sur cellules vivantes nouvellement développée. De plus, nous quantifierons la distribution de rapporteurs de la croissance polarisée lors du contact et de l'invasion du substrat PDMS. Nous étudierons également des mutants altérés pour la production des forces lors de la croissance invasive in vitro et dans des modèles d'infection mucosale in vivo. Nous déterminerons l'organisation 3D de l’hyphe à l'échelle du nm, en nous concentrant sur les compartiments endo-/exo- cytiques, et son altération en réponse à des perturbations mécaniques. Ceci sera réalisé par microscopie sur cellules vivantes et tomographie corrélative sur large volume. En outre, le rôle du Spitzenkörper sera examiné, en utilisant de la nanochirurgie laser et de la cryo-tomographie. Enfin, nous établirons des modèles physiques et mathématiques de la croissance invasive des hyphes, dans lesquels des paramètres qui miment l'environnement d'une infection pourront être variés. Cette combinaison de modèles physiques et mathématiques sera essentielle pour définir les étapes ou processus (mécaniques et biologiques) importants, les paramètres critiques et, finalement, prédire le comportement en réponse à des altérations chimiques, génétiques et physiques.

Ce projet ambitieux nécessite une collaboration interdisciplinaire et l'expertise complémentaire, couplée avec les intérêts communs des partenaires, contribueront à son succès. Nos données préliminaires constituent une preuve de principe pour ce projet à l'interface de la biologie et de la physique, qui présente un fort potentiel pour élucider les principes de base liant morphogenèse, biomécanique et infection fongique, ainsi que pour identifier de nouvelles cibles antifongiques.