Effect of fatty acids on hyphal growth in the pathogenic yeast Candida albicans

Candida albicans est une levure pathogène qui, à l’état commensal, colonise les muqueuses de la cavité orale et du tractus gastro-intestinal. De nature opportuniste, C. albicans cause de nombreuses infections, allant des candidoses superficielles (muguet buccal, vulvo-vaginite) aux candidoses systémiques sévères. C. albicans a la capacité de se développer sous diverses morphologies, telles que les formes levures, pseudohyphes et hyphes. Des stimuli environnementaux mimant les conditions retrouvées chez l’hôte (température de 37°C, pH neutre, présence de sérum) induisent la transition levure-à-hyphe (i.e. morphogenèse ou filamentation). Cette transition morphologique contribue à la pathogénicité de C. albicans, du fait que des souches présentant un défaut de filamentation sont avirulentes. Non seulement la morphogenèse est un facteur de virulence, mais elle constituerait aussi une cible pour le développement d’antifongiques. En effet, il a déjà été démontré que l’inhibition de la transition levure-à-hyphe atténuait la virulence de C. albicans lors d’infections systémiques. Par ailleurs, des études ont démontré que de nombreuses molécules pouvaient moduler la morphogenèse. Parmi ces molécules, certains acides gras, dont l’acide linoléique conjugué (CLA), inhibent la formation d’hyphes. Ainsi, le CLA posséderait des propriétés thérapeutiques, du fait qu’il interfère avec un déterminant de pathogénicité de C. albicans. Par contre, avant d’évaluer son potentiel thérapeutique dans un contexte clinique, il est essentiel d’étudier son mode d’action.       Ce projet vise à caractériser l’activité anti-filamentation des acides gras et du CLA et à déterminer le mécanisme par lequel ces molécules inhibent la morphogenèse chez C. albicans. Des analyses transcriptomiques globales ont été effectuées afin d’obtenir le profil transcriptionnel de la réponse de C. albicans au CLA. L’acide gras a entraîné une baisse des niveaux d’expression de gènes encodant des protéines hyphes-spécifiques et des régulateurs de morphogenèse, dont RAS1. Ce gène code pour la GTPase Ras1p, une protéine membranaire de signalisation qui joue un rôle important dans la transition levure-à-hyphe. Des analyses de PCR quantitatif ont confirmé que le CLA inhibait l’induction de RAS1. De plus, le CLA a non seulement causé une baisse des niveaux cellulaires de Ras1p, mais a aussi entraîné sa délocalisation de la membrane plasmique. En affectant les niveaux et la localisation cellulaire de Ras1p, le CLA nuit à l’activation de la voie de signalisation Ras1p-dépendante, inhibant ainsi la morphogenèse. Il est possible que le CLA altère la structure de la membrane plasmique et affecte indirectement la localisation membranaire de Ras1p. Ces travaux ont permis de mettre en évidence le mode d’action du CLA. Le potentiel thérapeutique du CLA pourrait maintenant être évalué dans un contexte d’infection, permettant ainsi de vérifier qu’une telle approche constitue véritablement une stratégie pour le traitement des candidoses. The yeast Candida albicans is an inhabitant of the oral cavity, the gastrointestinal and genitourinary tracts of humans. Generally encountered as a commensal, it is also an opportunistic pathogen that causes a spectrum of infections, ranging from superficial mycoses (thrush, vulvovaginitis) to severe and life-threatening systemic infections. A striking feature of C. albicans is its ability to grow in different morphological forms, including budding yeasts, pseudohyphae, and hyphae. Environmental cues that mimic host conditions (elevated temperature, neutral or alkaline pH, and serum) induce the yeast-to-hypha transition. Morphogenesis is considered to be an attribute of pathogenesis, as mutants locked as yeasts or filamentous forms are avirulent. Given that the yeast-to-hypha transition is a virulence factor, it may also constitute a target for the development of antifungal drugs. Indeed, evidence has shown that impairing morphogenesis is a means to treat systemic candidiasis. Concurrently, a number of molecules have been reported to modulate morphogenesis in C. albicans. For instance, several fatty acids, including conjugated linoleic acid (CLA), inhibited the yeast-to-hypha transition. By interfering with an important attribute of C. albicans pathogenesis, CLA may harbor antifungal properties. However, before assessing its therapeutic potential in a clinical context, it is mandatory to address CLA’s mode of action.   The present study aims to further characterize the hypha-inhibiting properties of fatty acids and CLA and to elucidate the mechanism by which these molecules inhibit the yeast-to-hypha transition in C. albicans. Gene expression analyses were performed to gain insight into the transcriptional response of cells to CLA on a genome-wide scale and to probe the fatty acid’s mode of action. CLA downregulated the expression of hypha-specific genes and blocked the induction of genes encoding regulators of hyphal growth, including that of RAS1, which encodes the small GTPase Ras1p. A membrane-associated signaling protein, Ras1p plays a major role in morphogenesis. Quantitative PCR analyses showed that CLA prevented the increase in RAS1 mRNA levels which occurred at the onset of the yeast-to-hypha transition. Unexpectedly, CLA reduced the steady-state levels of Ras1p. Additionally, CLA caused the delocalization of GFP-Ras1p from the plasma membrane. These findings indicate that CLA treatment results in suboptimal Ras1p cellular concentrations and localization, which impedes Ras1p signaling and inhibits the yeast-to-hypha transition. CLA may indirectly affect Ras1p localization by altering the structure of the plasma membrane. These studies have provided the mechanism underlying CLA’s hypha-inhibiting properties and may serve as the rationale to examine CLA’s therapeutic potential in the context of a Candida infection. There is a general lack of clinical evidence demonstrating that impairing morphogenesis is a sound approach to treat candidiasis. To remedy this situation, the therapeutic potential of molecules that modulate morphogenesis, such as CLA, should be clinically assessed.

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