Cell wall dynamics in filamentous fungi

Dynamique de la paroi cellulaire pendant la croissance de champignons filamenteux La croissance des champignons filamenteux a de nombreuses implications dans nos sociétés. Elle est à la base de nombreux médicaments et a une place importante dans l'industrie, notamment alimentaire. D'un autre côté, certains champignons ont des propriétés invasives, mettant en péril l'agriculture. Également, les infections fongiques causent une morbidité de plusieurs millions de décès chaque année à l'échelle mondiale. Ces infections sont très souvent associées aux propriétés de croissance polarisée des hyphes des champignons filamenteux, et aux propriétés biomécaniques de leur paroi cellulaire, qui constitue une cible de choix pour les antifongiques. Le projet de ma thèse est de comprendre les mécanismes fondamentaux régulant la dynamique de la paroi cellulaire pendant la croissance rapide de champignons. La paroi est une couche rigide et fine de quelques centaines de nanomètres composée de polysaccharides. Entourant la membrane plasmique, la paroi assure l'intégrité mécanique de la cellule et définit sa morphogenèse. Si les premières études utilisant la microscopie électronique l'on décrite comme une structure statique, elle est en réalité dynamique, changeant son épaisseur et sa composition lors de changements de forme, de la reproduction ou encore pendant les infections fongiques. Les propriétés mécaniques de la paroi sont définies et régulées spatialement et temporellement par des enzymes membranaires qui catalysent la polymérisation des sucres, et qui sont contrôlées par la biochimie de la polarité, du transport et de la sécrétion. A ce jour, néanmoins, l'absence de méthode permettant de visualiser la dynamique d'assemblage et de remodelage de la paroi a grandement limité notre compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires contrôlant son intégrité et sa plasticité. Pour pallier à ce manque, j'ai adapté pour mon projet de thèse, une technique de super-résolution qui permet de suivre la dynamique de l'épaisseur de la paroi cellulaire pendant la croissance de cellules fongiques vivantes par vidéo microscopie confocale. Cette approche consiste à mesurer la distance entre deux fluorochromes de couleurs différentes, l'un attaché à la membrane plasmique sur la face cytoplasmique de la paroi, et l'autre associé à des lectines spécifiques qui se lient à la face externe de la paroi. Cette distance correspond à l'épaisseur locale de la paroi. En utilisant un script informatique d'analyse d'images, je peux automatiser ma mesure et corriger les aberrations chromatiques, et extraire des informations quantitatives sur des échantillons larges. Pour développer cette méthode, j'utilise le modèle fongique Aspergillus nidulans. Dans cette thèse, j'ai notamment caractérisé de manière quantitative les gradients d'épaisseurs et de rigidité de la paroi, ainsi que les valeurs de pressions de turgescence au cours du cycle de développement du champignon, étudié comment la dynamique de la paroi corrèle avec l'accumulation de vésicules de secrétions à la pointe des hyphes, par vidéo-microscopie et par le biais de mutants affectant la polarité, le cytosquelette ou le trafic membranaire, et utilisé un modèle mathématique avec rétroaction reliant trafic vésiculaire et mécanique de la paroi, capable de simuler des états stationnaires de croissance ainsi que des adaptations rapides en réponse à des perturbations. En parallèle, j'ai étendu ma méthode à une dizaine d'autres champignons filamenteux, et caractérisé leurs propriétés mécaniques. Ce volet de ma thèse a permis d'élargir notre compréhension des mécanismes d'assemblage de la paroi et de contrôle de la croissance des hyphes fongiques, et d'établir des lois universelles régissant la croissance filamenteuse. Ces données fournissent des détails sans précédent sur la façon dont la dynamique de la paroi cellulaire dépend de la sécrétion de matériel surfacique, pour stabiliser la croissance de la pointe des filaments fongiques ainsi que pour promouvoir sa plasticité morphogénétique.