Essais de co-culture sans contact pour explorer les interactions inter-espèces
Les molécules solubles de signalisation extracellulaire, présentes en faible abondance, interviennent souvent dans des événements clés de communication lors de la cohabitation microbienne mixte. Ces dynamiques ont été évaluées à l’aide de deux dispositifs cellulaires sans contact, conçus pour analyser les schémas d’interaction entre C. albicans et C. glabrata, tout en empêchant tout contact physique direct entre cellules. La première configuration utilisait un système de culture en plaque à puits avec insert à membrane intégré, dans lequel les deux populations étaient séparées physiquement par une membrane en polycarbonate inerte poreuse de 0,4 µm, permettant une diffusion bidirectionnelle sans entrave des molécules sécrétées à travers la barrière. La deuxième configuration a consisté à surveiller la croissance des cellules levuriennes de C. albicans cultivées directement dans des plaques de microtitration contenant un surnageant acellulaire prélevé à partir de cultures de C. glabrata en phase stationnaire (CgCFS).
Conformément aux écrans précédents30, les cellules diploïdes hétérozygotes de type sauvage de C. albicans (SC5314) ont facilement développé des hyphes véritables en réponse soit à des cellules de C. glabrata séparées par la barrière de l'insert membrane, soit au CgCFS filtré. En revanche, les cellules maintenues dans un milieu contrôle négatif pur (GMM ou YPD) sont restées principalement sous forme de levure bourgeonnante et de pseudohyphes (Figure 2A). Les analyses comparatives ont montré une cohérence entre les deux dispositifs de test. Les deux essais ont donné des valeurs comparables pour toutes les métriques structurales, notamment la longueur, le volume et l'épaisseur des filaments (Figure 2). La différence entre les paramètres morphologiques a été considérée comme significative si la valeur p issue des tests statistiques appropriés, suivis de tests post-hoc pour comparaisons multiples, atteignait le seuil de 0,05. Ces observations ont montré qu'il n'existait pas de différence significative chez les cellules de C. albicans concernant la longueur des hyphes véritables induits par les cellules de C. glabrata dans le système de plaque de puits avec insert membrane (39,66 µm ± 6,81 µm) ou lorsqu'elles étaient exposées au CgCFS filtré (37,13 µm ± 6,50 µm ; Figure 2B). De même, les volumes de ces filaments induits dans le système de plaque de puits avec insert membrane (112,10 µm3 ± 22,59 µm3) n'étaient pas significativement différents de ceux observés dans le milieu conditionné par le CgCFS (109,78 µm3 ± 34,69 µm3 ; Figure 2C). En outre, les mesures du diamètre des filaments ont confirmé que l'épaisseur moyenne des hyphes restait constante entre les deux dispositifs, avec des valeurs de 1,89 ± 0,10 µm pour la configuration de plaque de puits avec insert membrane et de 1,92 µm ± 0,23 µm pour le traitement au CgCFS (Figure 2D).
Les états de ploïdie et les configurations du type sexuel modifient les dimensions morphologiques in vitro
Les rôles des niveaux de ploïdie et des architectures du locus d'accouplement dans la régulation des transitions dimorphiques ont été établis dans différents systèmes modèles de champignons. Ici, un pipeline analytique de suivi a été appliqué pour quantifier les paramètres de filamentation, notamment la longueur des hyphes, le volume structural, l'épaisseur et le volume correspondant de la cellule mère en forme de levure, chez un ensemble de souches haploïdes (MATa ou MATα) et diploïdes (MATa/a, MATα/α ou MATa/α) de C. albicans.
Le profilage structural a révélé que, suite à l'exposition au sécrétome inducteur de CgCFS ou au sérum témoin positif, la souche diploïde homozygote alpha (MATα/α) formait des filaments ayant des axes significativement plus longs (45,56 µm ± 9,24 µm et 46,62 µm ± 9,07 µm) et un volume plus important (125,24 µm3 ± 39,94 µm3 et 119,45 µm3 ± 37,32 µm3), comparée à la souche diploïde homozygote MATa/a (Figure 3A,C). Bien que les isolats cliniques standards de C. albicans existent principalement sous forme de diploïdes hétérozygotes, la souche témoin MATa/α présentait des filaments plus longs et des volumes plus grands par rapport à la souche MATa/a après induction (notamment avec le sérum). Toutefois, ces valeurs étaient significativement inférieures à celles observées chez la souche homozygote MATα/α (Figure 3B,D).
Parallèlement, les souches haploïdes ont montré un schéma inverse, où la souche haploïde MATa présentait une augmentation significative de la longueur des hyphes par rapport à la souche haploïde MATα dans les deux conditions d'induction (CgCFS : 22,06 µm ± 5,41 µm contre 17,58 µm ± 4,12 µm ; Sérique : 23,71 µm ± 6,59 µm contre 21,00 µm ± 5,29 µm ; Figure 4A). Fait intéressant, cette augmentation de la longueur dans le contexte haploïde se traduisait par une augmentation du volume des hyphes (38,84 µm3 ± 19,58 µm3 contre 34,25 µm3 ± 19,62 µm3) uniquement en réponse au CgCFS (Figure 4B). Ces premières mesures in vitro suggèrent une interaction complexe entre les états de ploïdie et les configurations du locus du type sexuel, indiquant que les locus MATa et MATα contribueraient probablement de manière différente à la dynamique de la filamentation.
Afin d'étudier les relations statistiques entre ces métriques structurelles au sein des jeux de données combinés, des analyses de corrélation de rang de Spearman (ρ) et de régression linéaire de Pearson (R2), incluant toutes les variantes de ploïdie et de type de reproduction testées, ont été réalisées. Des corrélations positives ont été observées pour toutes les paires analysées : longueur des hyphes par rapport au volume des hyphes, longueur des hyphes par rapport à l'épaisseur des hyphes, longueur des hyphes par rapport au volume de la cellule mère, et volume total des hyphes par rapport au volume de la cellule mère en forme de levure (Figure 5, Tableau supplémentaire 1 et Tableau supplémentaire 2).
La relation la plus forte a été observée entre la longueur des hyphes et le volume hyphal calculé (ρ = 0,91 ; Figure 5A). En revanche, la corrélation la plus faible concernait le volume initial de la cellule mère levurienne et le volume hyphal émergent (ρ = 0,63 ; Figure 5C). De plus, l'épaisseur hyphale ne corrélait pas aussi fortement avec la longueur hyphale que ne le faisait le volume hyphal (Figure 5A,D). Le volume de la cellule mère, la longueur hyphale et l'épaisseur hyphale ne présentaient pas de différences statistiquement significatives dans leurs corrélations (Figure 5B,D). Ces distributions géométriques suggèrent qu'un volume initial plus élevé de la cellule mère levurienne ne conduit pas nécessairement à des hyphes plus longs ou à un volume plus important.
En résumé, ces résultats démontrent l'utilité des plaques de culture avec inserts de membrane et des tests basés sur le CFS pour visualiser et quantifier les variations morphogénétiques chez C. albicans, sans aucun contact physique. Les données générées par ce protocole révèlent des caractéristiques morphologiques différentes selon les fonds génétiques de ploïdie et les configurations de type d'accouplement. Ces dispositifs expérimentaux sans contact offrent une méthodologie souple et évolutible, adaptable à l'étude de la dynamique de signalisation interspécifique dans diverses combinaisons microbiennes.

Figure 1: Représentation schématique des plaques de culture en insert à membrane pour les essais de co-culture et d'induction des hyphes basés sur le surnageant de culture filtré (CFS) avec des espèces de Candida. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Comparaison des morphologies hyphales observées entre le système de plaque à puits avec insert membranaire et les tests sans contact basés sur le surnageant acellulaire (CFS). (A) Microphotographies représentatives en champ clair illustrant la réponse morphologique de C. albicans au YPD (témoin), à C. glabrata dans un dispositif de plaque à puits avec insert membranaire, ou au milieu conditionné par le surnageant acellulaire (CFS) de C. glabrata. Les flèches roses, noires et blanches indiquent respectivement les formes levuriennes, pseudohyphales et les vrais hyphes. Échelle : 10 µm. Longueurs des hyphes (B), volumes des hyphes (C) et épaisseur des hyphes (D) d'une souche diploïde hétérozygote de C. albicans (SC5314) observées en réponse aux cellules de C. glabrata dans un dispositif de plaque à puits avec insert membranaire ou au CFS de C. glabrata. Les données représentent la médiane ± intervalle de confiance à 95 %, issues de trois expériences biologiques indépendantes, avec n = 50 cellules. ns, non significatif : p > 0,05. Veuillez cliquer ici pour consulter une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Le type de reproduction et la zygotie ont des effets significatifs sur la morphologie des hyphes chez les souches diploïdes de C. albicans. Graphiques représentant les longueurs comparatives des hyphes, en réponse à la molécule inductrice indiquée, entre diploïdes homozygotes (A) et entre diploïdes hétéro- et homozygotes (B) de C. albicans. De même, les volumes comparatifs des hyphes, en réponse aux molécules inductrices mentionnées, sont présentés entre diploïdes homozygotes (C) et entre diploïdes hétéro- et homozygotes (D). Témoin : YPD, milieu non inducteur d'hyphes. Les données représentent la médiane ± intervalles de confiance à 95 %, issues de trois expériences biologiques indépendantes, avec n = 50 cellules. Les nombres indiqués en haut du graphique correspondent aux valeurs p, déterminées par des tests de comparaison de la somme des rangs de Wilcoxon. ** : p < 0,01, *** : p < 0,001, **** : p < 0,0001, significatif statistiquement ; ns, non significatif : p > 0,05. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Caractéristiques des hyphes chez C. albicans haploïde en réponse à différents inducteurs moléculaires. Les graphiques montrent les longueurs des hyphes (A) et les volumes des hyphes (B) chez des souches d'C. albicans haploïdes, en réponse à l'inducteur indiqué. Témoin : YPD, milieu témoin ne favorisant pas l'induction des hyphes. Les données représentent la médiane ± intervalles de confiance à 95 %, issues de trois expériences biologiques indépendantes, avec n = 50 cellules. Les valeurs numériques indiquées correspondent aux valeurs p, déterminées par le test de Wilcoxon. ** : p < 0,01, *** : p < 0,001, **** : p < 0,0001, significatif statistiquement ; ns, non significatif : p > 0,05. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Corrélation entre les paramètres morphologiques correspondant à la ploïdie de C. albicans. Les graphiques montrent la corrélation de Spearman et la régression linéaire entre les paramètres morphologiques utilisés dans cette étude, à savoir le volume des hyphes et la longueur des hyphes (A), le volume cellulaire et la longueur des hyphes (B), le volume cellulaire et le volume des hyphes (C), ainsi que l'épaisseur des hyphes et la longueur des hyphes (D). ρ : coefficient de corrélation de Spearman ; R2 : coefficient de détermination obtenu par analyse de régression linéaire ; p : valeur p. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.
| Souche | Espèce | Ploïdie | Génotype | Source |
| CBS138 | Candida glabrata | Haploïde (1n) | MATα | ATCC 2001 |
| SC5314 | Candida albicans | Double (2n) | Hétérozygote (MATa/α) | ATCC MYA-2876 |
| RBY1132 | Candida albicans | Double (2n) | Homozigote (MATa/a) ; arg4Δ/arg4Δ, leu2Δ/leu2Δ, his1Δ/his1Δ, URA3/ura3Δ | Schaefer, D., Côte, P., Whiteway, M., Bennett, R.J. Barrier Activity in Candida albicans Mediates Pheromone Degradation and Promotes Mating. Eukaryotic Cell. 6 (6), 907–918, doi: 10.1128/ec.00090-07 (2007). |
| RBY1133 | Candida albicans | Double (2n) | Homozigote (MATα/α) ; arg4Δ/arg4Δ, leu2Δ/leu2Δ, his1Δ/his1Δ, URA3/ura3Δ |
| GZY896 | Candida albicans | Haploïde (1n) | Homozigote (MATa) ; ura3∆::imm434 his4 gal1∆::ura3∆::HIS4 | Hickman, M.A. et al. The ‘obligate diploid’ Candida albicans forms mating-competent haploids. Nature. 494 (7435), 55–59, doi: 10.1038/nature11865 (2013). |
| GZY803 | Candida albicans | Haploïde (1n) | Homozigote (MATα) ; his4 ura3Δ::HIS4 |
Tableau 1 : Souches de Candida albicans et Candida glabrata utilisées dans cette étude. Le tableau présente les désignations, les génotypes précis, les états de ploïdie et la zygotie du type de reproduction des souches fongiques évaluées dans les essais de co-culture en plaque à puits avec insert de membrane sans contact et basés sur des surnageants cellulaires (CFS).
Tableau supplémentaire 1 : Données des analyses statistiques effectuées sur divers paramètres morphologiques de C. albicans. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Tableau supplémentaire 2 : Valeurs brutes de tous les réplicats biologiques des différents paramètres morphologiques de C. albicans évalués dans cette étude.Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 1 : Liste des milieux utilisés dans cette étude avec leurs compositions.Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.