Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Durant les 20 dernières années, les infections fongiques ont augmenté de façon considérable et causent un défi dans le domaine médical. C. albicans est responsable de 20 % à 75 % de la majorité des candidoses. La candidose buccale se produit à plus de 80% chez les patients infectés par le VIH, et C. albicans a pu être identifié chez 78-100 % des porteurs de prothèses dentaires souffrant de stomatite prothétique. Lors de traitement, les antifongiques ont une efficacité limitée. Dans le but de trouver un nouvel antifongique qui pourrait résoudre les problèmes de résistance de C. albicans aux antifongiques disponibles actuellement, nous avons évalué in vitro l'effet du famesol sur la croissance et la transformation de C. albicans ainsi que son innocuité sur les cellules gingivales humaines. Nous avons d'abord étudié l'effet du famesol à différentes concentrations (0 à 300 uM) sur la croissance et la transformation de C. albicans. Pour tester l'innocuité du famesol, nous avons utilisé des cellules épithéliales et des fibroblastes isolés de biopsies de tissus palatins. L'effet du famesol sur la croissance et la transformation de C. albicans a été analysé par numération cellulaire. L'innocuité a été étudiée par des techniques de microscopie optique et par numération cellulaire. Avec les différentes cultures cellulaires qu'on a réalisées, nous avons montré que le famesol réduit la croissance de C. albicans et inhibe sa transformation de la forme blastospore à la forme hyphe. Les études de l'innocuité du famesol sur les cellules gingivales humaines ont montré que le famesol était nocif pour les fibroblastes (70 uM) mais les cellules épithéliales étaient plus résistantes (150 uM). Nos travaux montrent aussi que le famesol et les cellules gingivales humaines ont des effets synergiques contre la transformation de C. albicans. Ces études suggèrent que le famesol pourrait être utilisé comme un agent antifongique.

La cavité buccale est la porte d'entrée de nombreux antigènes, mais elle est également le lieu d'établissement de niches microbiennes. C'est le cas de la levure dimorphique, Candida albicans, qui y réside de manière symbiotique et asymptomatique. Cependant, C. albicans est également l'agent étiologique des candidoses buccales, infections buccales communes qui se développent essentiellement chez les personnes jeunes, âgées ou immunosupprimées. Les candidoses muco-cutanées peuvent être traitées. Cependant, les antifongiques efficaces sont peu nombreux ; leur utilisation clinique est liée à des effets secondaires et à l'émergence de résistances. Ceci montre l'importance de développer de nouveaux composés antifongiques efficaces et sécuritaires. Une molécule senseur du quorum de C. albicans, le farnesol, a été découverte récemment. Cette molécule est sécrétée par C. albicans lui-même qui régule ainsi sa croissance et sa virulence. Le premier objectif de notre étude a été de montrer comment le farnesol agissait sur C. albicans et son dimorphisme (bourgeonnement), puis comment il pouvait moduler la virulence de C. albicans en agissant sur des proteinases aspartyles sécrétées (les SAPs). Nous avons montré que le farnesol contrôle la croissance de C. albicans en inhibant la formation de colonies par des modifications ultrastructurales. D'autre part, nous avons confirmé que le farnesol bloque le bourgeonnement. Enfin, nos résultats ont montré que le farnesol inhibe l'expression des SAPs, facteur de virulence de C. albicans. Par ailleurs, plusieurs études ont indiqué que l'épithélium de la muqueuse buccale, barrière anatomique importante contre les agents physiques, microbiens et chimiques, était impliqué dans le processus pro-inflammatoire via la production de cytokines. Ceci suggérerait que l'épithélium buccal joue un rôle actif dans le contrôle des infections buccales et le maintien de la relation symbiotique avec les agents microbiens, ce qui est le cas de Candida. Nous avons montré grâce à un modèle de muqueuse buccale que les cellules épithéliales buccales préviennent l'infection à C. albicans via les TLRs et que la présence de farnesol exogène favorise la défense des cellules épithéliales contre les infections à C. albicans. Ainsi, le farnesol pourrait être une nouvelle voie dans le traitement des candidoses buccales.

C. albicans est une levure pathogène opportuniste. Elle est un agent causal fréquent des infections muco-cutanées. C. albicans peut alterner entre la forme blastospore et mycélium. Cette dernière forme est impliquée dans la formation des biofilms. Le dimorphisme de C. albicans est contrôlé en partie par le phénomène de perception du quorum (quorum sensing) qui en autre, est associé à la molécule farnésol, produit par cette levure. La présence de cette molécule, inhibe la formation d’hyphe par C. albicans et par conséquent limite la formation de biofilms. Certaines souches ne répondent pas au farnésol et nous avons vérifié les hypothèses que : 1) la proportion des Non-Répondeurs (NR) au farnésol est similaire entre les souches de provenance orale et vaginale; 2) la capacité de formation de biofilm varie d’une souche à une autre mais les Non-Répondeurs en produisent en plus grande quantité; 3) la technique RAPD-PCR permettra de regrouper les souches de cette levure suivant leur provenance, leur capacité de formation de biofilm et leur aptitude à répondre au farnésol. La découverte d’une souche vaginale Non-Répondeur nous permet de croire que la proportion de ces souches est similaire entre les deux types de provenance. Les souches caractérisées Non-Répondeurs produisent 30 % plus de biofilm que les Répondeurs en absence de farnésol exogène dans le milieu. En présence de farnésol exogène, les Non-Répondeurs produisent 70 % plus de biomasse que les Répondeurs. De plus, la technique RAPD ne nous a pas permis de classer nos souches d’après les caractéristiques proposées. En conclusion, les souches orales de C. albicans semblent produire en moyenne plus de biomasse que les souches vaginales. Aussi, les NR semblent moins affectés par la présence du farnésol, ce qui pourrait causer la présence de biofilms tenaces. Les amorces utilisées pour la technique RAPD n’ont pas été efficace à la classification des souches dépendamment de leur provenance, de leur capacité à former un biofilm et à répondre au farnésol. Mots clés : Candida albicans, biofilm, perception du quorum (quorum sensing), farnésol, Non-Répondeur / The opportunistic dimorphic yeast Candida albicans is frequently associated with mucosal infections in humans. It can colonize both oral and vaginal mucous membranes. One of its virulence factors is the capacity to form or participate in biofilms formation. Biofilms are a community of bacteria embedded in a matrix of exopolysaccharide and provide protection against environmental stress and antibiotics. The dimorphic characteristic of this yeast is involved in biofilm formation and is controlled in part by the quorum sensing system. Recently, it has been shown that farnesol, a quorum sensing molecule, can control the formation of biofilms through the inhibition formation of hyphae. However, we have shown that some oral and vaginal strains can still form biofilms under the influence of exogenous farnesol and these strains were named Non-Responders (NR). We hypothesized that: 1) The proportion of Non-Responders is similar between oral and vaginal strains; 2) biofilm formation differs between strains but Non-Responders produce more of it; 3) The technique of RAPD-PCR will allow us to group strains according to their origin, biofilm formation and response to farnesol. The discovery of a NR vaginal strain leads us to believe that the proportion of NR is similar between oral and vaginal strains. The NR strains seem to produce 30 % more biofilm than Responders in media without exogenous farnesol. This percentage increased to 70 % when exogenous farnesol was added to the media. The RAPD technique did not allow us to group strains according to their proposed characteristic. In conclusion, oral strains seem to produce more biofilm than vaginal strains. The NR’s are less affected by farnesol and may cause persistent biofilms. The primers used for RAPD technique were not effective to discriminate C. albicans strains according to origin, capacity to form biofilms and farnesol responding. Key words: Candida albicans, biofilm, quorum sensing, farnesol, Non-Responders

C. albicans est une levure pathogène opportuniste. Elle est un agent causal fréquent des infections muco-cutanées. C. albicans peut alterner entre la forme blastospore et mycélium. Cette dernière forme est impliquée dans la formation des biofilms. Le dimorphisme de C. albicans est contrôlé en partie par le phénomène de perception du quorum (quorum sensing) qui en autre, est associé à la molécule farnésol, produit par cette levure. La présence de cette molécule, inhibe la formation d’hyphe par C. albicans et par conséquent limite la formation de biofilms. Certaines souches ne répondent pas au farnésol et nous avons vérifié les hypothèses que : 1) la proportion des Non-Répondeurs (NR) au farnésol est similaire entre les souches de provenance orale et vaginale; 2) la capacité de formation de biofilm varie d’une souche à une autre mais les Non-Répondeurs en produisent en plus grande quantité; 3) la technique RAPD-PCR permettra de regrouper les souches de cette levure suivant leur provenance, leur capacité de formation de biofilm et leur aptitude à répondre au farnésol. La découverte d’une souche vaginale Non-Répondeur nous permet de croire que la proportion de ces souches est similaire entre les deux types de provenance. Les souches caractérisées Non-Répondeurs produisent 30 % plus de biofilm que les Répondeurs en absence de farnésol exogène dans le milieu. En présence de farnésol exogène, les Non-Répondeurs produisent 70 % plus de biomasse que les Répondeurs. De plus, la technique RAPD ne nous a pas permis de classer nos souches d’après les caractéristiques proposées. En conclusion, les souches orales de C. albicans semblent produire en moyenne plus de biomasse que les souches vaginales. Aussi, les NR semblent moins affectés par la présence du farnésol, ce qui pourrait causer la présence de biofilms tenaces. Les amorces utilisées pour la technique RAPD n’ont pas été efficace à la classification des souches dépendamment de leur provenance, de leur capacité à former un biofilm et à répondre au farnésol. Mots clés : Candida albicans, biofilm, perception du quorum (quorum sensing), farnésol, Non-Répondeur / The opportunistic dimorphic yeast Candida albicans is frequently associated with mucosal infections in humans. It can colonize both oral and vaginal mucous membranes. One of its virulence factors is the capacity to form or participate in biofilms formation. Biofilms are a community of bacteria embedded in a matrix of exopolysaccharide and provide protection against environmental stress and antibiotics. The dimorphic characteristic of this yeast is involved in biofilm formation and is controlled in part by the quorum sensing system. Recently, it has been shown that farnesol, a quorum sensing molecule, can control the formation of biofilms through the inhibition formation of hyphae. However, we have shown that some oral and vaginal strains can still form biofilms under the influence of exogenous farnesol and these strains were named Non-Responders (NR). We hypothesized that: 1) The proportion of Non-Responders is similar between oral and vaginal strains; 2) biofilm formation differs between strains but Non-Responders produce more of it; 3) The technique of RAPD-PCR will allow us to group strains according to their origin, biofilm formation and response to farnesol. The discovery of a NR vaginal strain leads us to believe that the proportion of NR is similar between oral and vaginal strains. The NR strains seem to produce 30 % more biofilm than Responders in media without exogenous farnesol. This percentage increased to 70 % when exogenous farnesol was added to the media. The RAPD technique did not allow us to group strains according to their proposed characteristic. In conclusion, oral strains seem to produce more biofilm than vaginal strains. The NR’s are less affected by farnesol and may cause persistent biofilms. The primers used for RAPD technique were not effective to discriminate C. albicans strains according to origin, capacity to form biofilms and farnesol responding. Key words: Candida albicans, biofilm, quorum sensing, farnesol, Non-Responders

Candida albicans, le pathogène opportuniste le plus commun, peut subir des transitions morphologiques entre la forme levure et la forme hyphe, jouant un rôle dans la formation de biofilm. Le farnésol, un lipide endogène produit par C. albicans, est une molécule de quorum sensing qui inhibe cette transition morphologique. Certaines souches ne répondent pas au farnésol et nous avons vérifié les hypothèses que : 1) l’isolat clinique SC5314, la souche la mieux caractérisée, est un répondeur au farnésol; 2) la germination, la croissance et la formation de biofilm des non répondeurs diffèrent des répondeurs; 3) l’absence de la réponse au farnésol se manifeste en dehors de conditions de culture précises; 4) le farnésol agit via un récepteur nucléaire qui présente des altérations chez les non répondeurs; 5) la différence de la réponse au farnésol entre les souches s’explique par des variations au niveau transcriptionnel de certains gènes (CHK1, HST7, CPH1, GAP1, RAM2 et DPP3). Les non répondeurs produisent un plus grand nombre d’hyphes, forment 60% plus de biofilm et croissent 50% moins vite que les répondeurs. La souche SC5314 se comporte comme un répondeur. L’absence de la réponse au farnésol se manifeste indépendamment des conditions de culture. Cependant, elle ne s’explique pas par une différence dans le niveau d’expression des gènes proposés, excepté pour DPP3 qui est surexprimé chez le non répondeur ATTC® 36802, suggérant ainsi une surproduction de farnésol chez cette souche. De plus, si le farnésol agit via un récepteur nucléaire, il sera d’un type non décrit précédemment. / Candida albicans, the most common fungal pathogen, can undergo morphological transitions between yeast and hyphal forms, which are associated with biofilm formation. Farnesol, an endogenous lipid produced by C. albicans, is a quorum sensing molecule that inhibits this transition. Previous work identified two clinical isolates that didn’t respond to farnesol in colony morphology and biofilm assays. Our goal is to better understand C. albicans response to farnesol using these natural farnesol non responders. We have hypothesized that : 1) clinical isolate SC5314, the most characterized strain, is a farnesol responder; 2) non responders’ germination, growth and biofilm formation are different from those of responders; 3) lack of response to farnesol occurs even outside specific culture conditions; 4) farnesol acts through a nuclear receptor that is altered in non responders; 5) difference in farnesol response between strains is explained by transcriptional variations of specific genes (CHK1, HST7, CPH1, GAP1, RAM2 and DPP3), that were previously shown to be potentially involved in farnesol’s mechanism of action. Non responders produce more hyphae, form 60 % more biofilm and grow 50% slower than responders. The SC5314 strain acts like a responder. Lack of response to farnesol occurs regardless of culture conditions. However, the refractory response to farnesol is not explained by a difference in the proposed genes expression level, except for DPP3 that is upregulated in ATTC® 36802 non responder, suggesting an overproduction of farnesol by this strain. Furthermore, if farnesol acts trough a nuclear receptor, it will be a type not previously described.

Candida albicans, le pathogène opportuniste le plus commun, peut subir des transitions morphologiques entre la forme levure et la forme hyphe, jouant un rôle dans la formation de biofilm. Le farnésol, un lipide endogène produit par C. albicans, est une molécule de quorum sensing qui inhibe cette transition morphologique. Certaines souches ne répondent pas au farnésol et nous avons vérifié les hypothèses que : 1) l’isolat clinique SC5314, la souche la mieux caractérisée, est un répondeur au farnésol; 2) la germination, la croissance et la formation de biofilm des non répondeurs diffèrent des répondeurs; 3) l’absence de la réponse au farnésol se manifeste en dehors de conditions de culture précises; 4) le farnésol agit via un récepteur nucléaire qui présente des altérations chez les non répondeurs; 5) la différence de la réponse au farnésol entre les souches s’explique par des variations au niveau transcriptionnel de certains gènes (CHK1, HST7, CPH1, GAP1, RAM2 et DPP3). Les non répondeurs produisent un plus grand nombre d’hyphes, forment 60% plus de biofilm et croissent 50% moins vite que les répondeurs. La souche SC5314 se comporte comme un répondeur. L’absence de la réponse au farnésol se manifeste indépendamment des conditions de culture. Cependant, elle ne s’explique pas par une différence dans le niveau d’expression des gènes proposés, excepté pour DPP3 qui est surexprimé chez le non répondeur ATTC® 36802, suggérant ainsi une surproduction de farnésol chez cette souche. De plus, si le farnésol agit via un récepteur nucléaire, il sera d’un type non décrit précédemment. / Candida albicans, the most common fungal pathogen, can undergo morphological transitions between yeast and hyphal forms, which are associated with biofilm formation. Farnesol, an endogenous lipid produced by C. albicans, is a quorum sensing molecule that inhibits this transition. Previous work identified two clinical isolates that didn’t respond to farnesol in colony morphology and biofilm assays. Our goal is to better understand C. albicans response to farnesol using these natural farnesol non responders. We have hypothesized that : 1) clinical isolate SC5314, the most characterized strain, is a farnesol responder; 2) non responders’ germination, growth and biofilm formation are different from those of responders; 3) lack of response to farnesol occurs even outside specific culture conditions; 4) farnesol acts through a nuclear receptor that is altered in non responders; 5) difference in farnesol response between strains is explained by transcriptional variations of specific genes (CHK1, HST7, CPH1, GAP1, RAM2 and DPP3), that were previously shown to be potentially involved in farnesol’s mechanism of action. Non responders produce more hyphae, form 60 % more biofilm and grow 50% slower than responders. The SC5314 strain acts like a responder. Lack of response to farnesol occurs regardless of culture conditions. However, the refractory response to farnesol is not explained by a difference in the proposed genes expression level, except for DPP3 that is upregulated in ATTC® 36802 non responder, suggesting an overproduction of farnesol by this strain. Furthermore, if farnesol acts trough a nuclear receptor, it will be a type not previously described.

Candida lusitaniae est une levure pathogène opportuniste émergente, responsable d’infections sévères chez les sujets immunodéprimés, et constitue un important modèle d’étude fonctionnelle de gènes par génétique inverse. Cette levure est souvent associée à des résistances aux antifongiques, d’où la nécessité de mieux comprendre l’interaction entre l’hôte et le pathogène, afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. Les molécules signal sont décrites comme modulatrices de cette interaction. Au cours de ce travail, nous avons créé un mutant dpp3Δ, inactivé pour une pyrophosphate phosphatase, chez C. lusitaniae. La mutation a pour conséquence de modifier le taux secrété de PEA/tyrosol, des alcools aromatiques récemment décrits comme molécules signal chez les espèces Candida. Les levures du mutant dpp3Δ présentent aussi un défaut de pseudo-filamentation et de reproduction sexuée. Comparé à la souche sauvage, le mutant dpp3Δ module différemment la réponse macrophagique, notamment la production de NO et ROS, ainsi que la sécrétion de TNF-α et d’IL-10. Curieusement, la sécrétion d’IL-10 est modulée par les levures même sans contact physique avec les macrophages. Par ailleurs, nous avons observé des effets du traitement des levures par le PEA ou le tyrosol sur la modification des réponses immunes macrophagiques. Enfin, nous avons montré que le gène DPP3 chez C. lusitaniae était un facteur de virulence essentiel dans des modèles murins d’infection, et qu’il augmentait le taux de TNF-α secrété et la colonisation des cerveaux. / C. lusitaniae, an emerging Candida species often associated with antifungal resistance, is an important model to study gene function by reverse genetics. Understanding the host-pathogen interaction helps identifying new virulence factors and potentially new antifungal targets. Signaling molecules are often reported as modulators of this interaction. Here we created a dpp3Δ knocked-out mutant, lacking a pyrophosphate phosphatase, in C. lusitaniae. This mutation modified the ratio of secreted PEA/tyrosol, two newly reported signaling molecules in Candida species. Colony morphology of yeast cells was also altered as yeasts had a defect in pseudo-filamentation, and mating capacity was severely reduced. Compared to the wild-type strain, the dpp3Δ knocked-out mutant differently affected NO and ROS production by macrophages as well as TNF-α and IL-10 secretion. Interestingly IL-10 secretion was found to be modulated by C. lusitaniae without the need of a physical contact with the phagocytes. Moreover we elucidated the effects of PEA and tyrosol on yeast cells leading to modulations in macrophage immune responses. At last, the DPP3 gene was found to be an essential pathogenicity factor in mice models, leading to an increase of TNF-α secretion and brain colonization.