Impact de l’homéostasie du manganèse sur la biologie et la virulence de la levure pathogène Candida albicans

Abstract

Les métaux tels que le fer (Fe), le cuivre (Cu), le zinc (Zn) et le manganèse (Mn), sont des micronutriments essentiels séquestrés par l'hôte afin de limiter la croissance des pathogènes. Lors de ce processus appelé immunité nutritionnelle, Candida albicans, le pathogène fongique le plus prévalent chez l’Humain, a développé des mécanismes sophistiqués pour importer et utiliser ces micronutriments. Chez cet organisme, l’utilisation du Fe, du Cu et du Zn est essentielle à la survie et à la pathogénicité. En effet, de nombreux facteurs de virulence tels que la filamentation, la résistance au stress oxydatif et l’interaction avec les cellules immunitaires de l’hôte sont impactés par l’homéostasie de ces métaux. Alors que leur métabolisme a fait l’objet de nombreuses études chez C. albicans, les processus impliqués dans la régulation du Mn restent largement inexplorés. Ainsi, l’objectif de ce travail est d’élucider les mécanismes impliqués dans l’homéostasie du Mn ainsi que son rôle dans la virulence. Grâce à une approche multidisciplinaire combinant analyses transcriptomiques, protéomiques et études fonctionnelles, nous avons démontré que les fluctuations du Mn ont des effets majeurs sur la physiologie de C. albicans. Nous avons mis en évidence son influence sur l'homéostasie d'autres métaux, le métabolisme primaire, ainsi que divers processus cellulaires essentiels. Nous avons identifié les transporteurs Smf12, Smf11, Smf13 et Smf3 (membres de la famille NRAMP) comme des acteurs clés dans l’internalisation du Mn. Nos résultats révèlent leur implication dans la tolérance aux antifongiques, la réponse au stress du réticulum endoplasmique et l’invasion de l’hôte. En approfondissant l'étude de l'interaction hôte- pathogène, nous avons observé que la perturbation de l’homéostasie du Mn entraîne l’altération de la composition de la paroi cellulaire caractérisée par la surexposition des PAMP (Pathogen- Associated Molecular Patterns). De manière surprenante, cette altération se traduit par une diminution du taux de phagocytose par les macrophages probablement dû à un défaut de la morphologie cellulaire. Enfin, nous avons montré l’effet délétère de la carence de Mn sur la virulence de C. albicans dans un modèle in vivo d’infection systémique. Ce travail présente pour la première fois le rôle clé du Mn dans la virulence de C. albicans et ouvre des perspectives au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant l’homéostasie du Mn. Metals such as iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn) and manganese (Mn), are essential micronutrients sequestered by the host to limit pathogen growth. During this process, known as nutritional immunity, Candida albicans, the most prevalent fungal pathogen in humans, has developed sophisticated mechanisms for importing and utilizing these micronutrients. In this organism, the utilization of Fe, Cu and Zn is essential for survival and pathogenicity. Indeed, many virulence factors such as filamentation, resistance to oxidative stress and interaction with host immune system are impacted by the homeostasis of these metals. While the metabolism of these metals has been extensively studied in C. albicans, the processes involved in Mn regulation remain largely unexplored. Thus, the aim of this work is to elucidate the mechanisms involved in Mn homeostasis and its role in virulence. Using a multidisciplinary approach combining transcriptomic, proteomic analyses and functional studies, we demonstrated that Mn fluctuations have major effects on C. albicans physiology. We highlighted its influence on the homeostasis of other metals, primary metabolism and various essential cellular processes. We identified the Smf12, Smf11, Smf13 and Smf3 transporters (members of the NRAMP family) as key players in Mn internalization. Our results reveal their involvement in antifungal tolerance, endoplasmic reticulum stress response and host invasion. By studying host-pathogen interaction, we observed that disruption of Mn homeostasis leads to alteration of cell wall composition, characterized by overexposure of PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns). Surprisingly, this alteration results in a reduced rate of phagocytosis by macrophages, probably due to a defect in cell morphology. Finally, we demonstrated the deleterious effect of Mn deficiency on C. albicans virulence in a systemic infection model in vivo. This work presents for the first time the key role of Mn in C. albicans virulence and opens perspectives for the development of new therapeutic strategies targeting Mn homeostasis.