Candida albicans on microfluidic chip : hyphal response to physical constraints and cell cycle
Candida albicans sur puce microfluidique : réponse des hyphes aux contraintes physiques et cycle cellulaire
Résumé
The opportunistic pathogen Candida albicans is one of the most important fungi from a clinical point of view, responsible for mucosal diseases in healthy individuals up to severe infections in immunocompromised patients. A striking property of C. albicans is its ability to grow under distinct morphological forms, from the spherical budding yeast form to long filaments called hyphae.
The mechanisms of fungal invasion are still poorly understood, but they involve both penetration of hyphae through the epithelial barriers and dissemination of yeasts in the bloodstream. Therefore, the mechanical properties of the fungus appear crucial to its virulence, as well as its ability to sense its environment and respond to various constraints.
We developed a microfluidic device for the measurement of bending rigidity of hyphae. Yeasts are placed in front of microchannels and grow as hyphae. Then a flow is applied to bend the filaments and the bending rigidity and Young’s modulus are computed from their deflection.
We have found that the modulus of the hyphal cell wall ranges around few micronewtons.
By using microfluidic devices, we can implement guidance of hyphae into microchannels of various sizes in order to probe their behavior under confinement. Surprisingly, a 2D confinement can trigger a switch from a normal straight growth to a sinusoidal growth. Studies of the characteristics of these specific trajectories and of different experimental conditions triggering them have been carried out. Helices in 3D have also been observed either in agar gel or immediately upon release of the 2D confinement. Several leads to explain this behavior are explored such as the position at the tip of the Spitzenkörper, a polarity complex in hyphae.
Finally, the cell cycle progression in hyphae is quite interesting and very well regulated, but nevertheless poorly studied compared to the one in budding or fission yeasts. The use of microchannels and of various stainings (nucleus, septum, microtubules) allow a precise monitoring of the different events of the cycle, leading to a better understanding of the regulation and dynamics of cell cycle in hyphae.
Le pathogène opportuniste Candida albicans est l’un des plus importants champignons d’un point de vue clinique, responsable d’infections mucosales chez les individus sains ainsi que de sévères infections chez les patients immunodéficients. Une propriété remarquable de C. albicans est sa capacité à croître sous différentes morphologies, de la levure bourgeonnante ronde à de longs filaments appelés hyphes.
Les mécanismes d’invasion fongique sont toujours faiblement compris, mais ils impliquent à la fois la pénétration des hyphes à travers les barrières épithéliales et la dissémination des levures dans la circulation sanguine.
Ainsi les propriétés mécaniques de ce champignon semblent cruciales à sa virulence, et également sa capacité à percevoir son environnement et à répondre à diverses contraintes.
Nous avons développé un dispositif microfluidique pour la mesure du module de flexion des hyphes. Les levures sont positionnées à l'entrée de microcanaux puis croissent sous forme hyphale. Un flux est ensuite appliqué de façon à courber les filaments, et le module de flexion ainsi que le module de Young sont calculés à partir de la déflexion. Nous avons trouvé que le module de la paroi des hyphes était de quelques micronewtons.
En utilisant des puces microfluidiques, nous pouvons orienter les hyphes dans des microcanaux de différentes tailles afin d’étudier leur comportement sous confinement. De façon étonnante, un confinement 2D peut déclencher une transition d’une croissance rectiligne à une croissance sinusoïdale. Les caractéristiques de ces trajectoires spécifiques et les différentes conditions expérimentales permettant leur observation ont été étudiées. Des hélices en 3D ont également été observées dans des gels d’agar ou en relâchant la contrainte 2D. Plusieurs pistes pour expliquer ce comportement sont explorées comme la position d’un complexe de polarité à l’apex, le Spitzenkörper.
Enfin, la progression du cycle cellulaire chez les hyphes est particulièrement intéressante et très bien régulée, mais pourtant très peu étudiée par rapport à celle des levures à fission ou bourgeonnantes. L’utilisation de microcanaux et de différents marquages (noyau, septum, microtubule) permet un suivi précis des différents événements du cycle, ce qui mène à une meilleure compréhension de la régulation ainsi que de la dynamique du cycle cellulaire chez les hyphes.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)