C. albicans

Physiopathologie des candidoses invasives
I.
II.
III.
IV.
Rappels sur les candidoses
Biologie de Candida albicans
Physiopathologie des candidoses invasives
Conclusion
Microbiologie Médicale
V. Letscher-Bru
1
I. Candidoses :
Règne des champignons
70 000 espèces connues
Micromycètes
2
Champignons filamenteux
Levures
Aspergillus
Dermatophytes
Nbses moisissures saprophytes
Candida
Cryptococcus, Malassezia
Saccharomyces
…
I. Candidoses :
• Définition : infections superficielles ou profondes
provoquées par des levures du genre Candida
• Genre Candida : > 200 espèces
- Candida albicans : 80 %
- Candida non-albicans : 20 %
C. glabrata
C. tropicalis
C. parapsilosis
C. krusei
• Ecologie
- Saprophytes du milieu extérieur
- Commensaux associés à la flore des muqueuses et de la peau
- Industrie agroalimentaire
3
I. Candidoses :
• Rappel des principaux aspects cliniques
- Candidoses superficielles  muqueuses, peau, ongles
C. albicans > 95 %
Fréquentes, localisées, bénignes
Immunocompétent et immunodéprimé
4
Acquisition
communautaire
ou nosocomiale
Candidoses superficielles
Facteurs de risque
• Facteurs locaux
Humidité, transpiration, macération
Traumatismes
Candidose orale
• Facteurs généraux
- Physiologiques :
âges extrêmes, grossesse
- Médicaments :
Onyxis et intertrigo
anticancéreux, immunosuppresseurs,
corticoïdes, radiothérapie, antibiotiques
- Pathologies :
VIH, hémopathies, diabète
5
Candidose vaginale
I. Candidoses :
• Rappel des principaux aspects cliniques
- Candidoses superficielles  muqueuses, peau, ongles
C. albicans > 95 %
Fréquentes, localisées, bénignes
Immunocompétent et immunodéprimé
- Candidoses profondes
 sang et organes profonds
C. albicans = 50 %
Surviennent sur terrains très particuliers
Diagnostic et traitement difficiles
4ème cause de septicémie
Mortalité 40 %
6
Acquisition
communautaire
ou nosocomiale
Acquisition
nosocomiale ++
Candidoses profondes
Facteurs de risque
• Neutropénie +++
- Hémopathies, chimiothérapie anticancéreuse.
Risque  si association avec antibiotiques, corticoïdes
ou colonisation avancée
• Chirurgie
- Chirurgie digestive surtout
• Voies veineuses (Matériel étranger)
• Toxicomanie i.v.
7
Candidoses profondes
• Septicémie = fongémie +++ = candidémie
• Nosocomiales
• Patients à risque : onco-hématologie, chirurgie, réanimation
• Portes d'entrée : levures digestives (endogène),
cathéter colonisé (endo- ou exogène)
• Diversité des levures : C. albicans 50%,
et C. glabrata, C. tropicalis, C. parapsilosis, C. krusei …
• Mortalité 40 %
Candidoses profondes
Localisations secondaires
Septicémie +++
= fongémie
= candidémie
9
Physiopathologie des candidoses invasives
I. Rappels sur les candidoses
II. Biologie de Candida albicans
1. Ecologie
2. Morphologie et croissance
3. Ultrastructure
4. Génome
5. Paroi
III. Physiopathologie des candidoses invasives
IV. Conclusion
10
II. Biologie de C. albicans
1. Ecologie
• C. albicans = commensal obligatoire et exclusif
des muqueuses
• Chez le sujet sain :
- Intestin +++ : levure la plus abondante de la
flore fongique intestinale (60-70%)
- Muqueuses buccale, respiratoire, vaginale : +/-
11
II. Biologie de C. albicans
2. Morphologie – Croissance et multiplication
Reproduction asexuée par mitose.
Forme levure : bourgeonnement
12
Filamentation
vraie filamentation
pseudo-filamentation
germination et croissance apicale
bourgeonnement
13
II. Biologie de C. albicans
3. Ultrastructure
14
II. Biologie de C. albicans
4. Génome
Séquençage terminé
http://www-sequence.stanford.edu/group/candida
http://genolist.pasteur.fr/CandidaDB
8000 gènes
7 chromosomes
Grande variabilité
15
Electrophorèse en champs pulsé
II. Biologie de C. albicans
5. Paroi
16
Structure de la paroi fongique
Enzymes extracellulaires
Mannoprotéines fibrillaires
Mannoprotéines enzymatiques
Mannoprotéines structurales
25 %
1-6
-glucane 70 %
1-3
Chitine
Membrane plasmique
17
Rôles de la paroi
-"squelette" du champignon
- interaction avec l'environnement
. perception
. adaptation
. interactions cellulaires
. libération de molécules
 structure dynamique et évolutive
18
Physiopathologie des candidoses invasives
I. Rappels sur les candidoses
II. Biologie de Candida albicans
III. Physiopathologie des candidoses invasives
1. Chronologie de l'infection
2. Facteurs de virulence du champignon
3. Facteurs de défense de l'hôte
IV. Conclusion
19
III. Physiopathologie
1. Chronologie de l'infection
• Levure opportuniste
• 3 niveaux de relation entre C. albicans et son hôte, déterminés
par des facteurs liés à l'hôte (facteurs de risque) et des facteurs
liés au champignon (facteurs de virulence)
COMMENSALISME
Facteurs liés à l'hôte
= facteurs de risque
COLONISATION ETENDUE
Facteurs liés à l'hôte
+ facteurs liés au champignon
INFECTION
20
Chronologie de l'infection

Commensalisme

Colonisation étendue

Invasion
(Infection)
épithélium digestif

Passage systémique
(fongémie)

Extravasion
Localisations secondaires
21
Commensalisme :
Formes bourgeonnantes
Colonisation étendue :
Formes bourgeonnantes
et formes filamenteuses
Formes filamenteuses +++
Adhérence aux tissus
Invasion tissus  Infection
22
III. Physiopathologie
2. Facteurs de virulence du champignon
• La pathogénicité de C. albicans vient de son adaptabilité
à son environnement.
 grande variabilité génétique  morphologique et
fonctionnelle
23
2.1. Variabilité génotypique
17 souches isolées de 17 patients
N souche 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17
Empreinte génétique sur séquence répétée (http://alces.med.umn.edu/candida)
24
Souches isolées de différents sites chez un même patient
site
1
2
3
Typage RAPD (http://alces.med.umn.edu/candida)
25
III. Physiopathologie
2. Facteurs de virulence du champignon
• La pathogénicité de C. albicans vient de son adaptabilité
à son environnement.
 grande variabilité génétique, morphologique et
fonctionnelle
• Les facteurs de virulence s'expriment sous l'effet de
facteurs déclenchants (facteurs de risque)
- Morphogenèse (filamentation)
- Capacité d'adhérence
- Sécrétion de molécules actives
26
2.2. Variabilité morphologique = morphogenèse
• Morphogenèse de C. albicans
Pseudofilaments
Levure
?
Tubes germinatifs
Filaments Vrais
• Induite par certains facteurs environnementaux
- température > 30 C
- pH > 6, glucose, sérum
- interaction avec tissus
• Filamentation associée au pouvoir pathogène
- In vivo, formes filamenteuses dans les tissus profonds infectés
- In vitro, les conditions qui miment l'environnement de
l'organisme déclenchent la filamentation
27
• Régulation de la morphogenèse

SIGNAL
Récepteur

TRANSDUCTION
DU SIGNAL
Gènes de régulation

REPONSE
TRANSFORMATION
MORPHOLOGIQUE
28
Gènes
de réponse
Signaux et récepteurs impliqués dans la morphogenèse
FEMS Microbiol Letters 2009
Transduction du signal
Signal
 Voie des
 Voie de la
MAP kinases
protéine kinase A / AMPc
Cph1
Tup1
+
-
Efg1
-+
Rbf1
Gènes de régulation positive de la filamentation
- facteurs de transcription Cph1 et Efg1
- molécules de transduction du signal
Gènes de régulation négative de la filamentation
- gènes répresseurs Tup1 et Rbf1
Trends in Microbiology 1999
FEMS Microbiol Letters 2009
30
Nonfilamentous C. albicans Mutants Are Avirulent
Hsiu-Jung Lo, Julia R. Köhler, Beth DiDomenico, David Loebenberg, Anthony Cacciapuoti, and Gerald R. Fink
Cell, Vol 90, 939-949, 5 September 1997
Gènes CPH1 et EFG1  mutants délétés
Souche sauvage
cph1/cph1
efg1/efg1
cph1/cph1 efg1/efg1
Pseudofilaments
Filaments
Virulence
++
+
+/-
++
+/-
+++
++
+
-
survie
104
104
105
106
107
105
106
souche sauvage
+ sérum
31
souche mutée
+ sérum
In vitro reconstructed human epithelia reveal contributions
of Candida albicans EFG1 and CPH1 to adhesion and invasion
C. Dieterich, M. Schandar, M. Noll,ã F.-J. Johannes, H. Brunner, T. Graeve and S. Rupp
Microbiology (2002), 148, 497–506
Souche sauvage CPH1/EFG1
32
Souche mutée cph1/efg1
2.3. Capacité d'adhérence
• L'adhérence est un prérequis à l'invasion.
• Elle se fait par des adhésines pariétales (mannoprotéines +++)
- les épithéliums  colonisation
- les endothéliums  angioinvasion
- les protéines plasmatiques
- les protéines de la matrice extracellulaire (fibrinogène, laminine,
fibronectine)  invasion tissulaire
- les cathéters et les prothèses  biofilm
• Elle varie selon
- l'environnement
- l'état morphologique : les formes filamenteuses adhèrent plus
que les formes levures.
• Le pouvoir pathogène augmente avec l'adhérence de la souche.
33
Relationship Between Cell Surface Composition, Adherence, and Virulence
of Candida albicans
Jane Mc COURTIE and L. Julia DOUGLAS, Infection
and Immunity 1984, 45, 6-12
Souches isolées de candidose ou de portage asymptomatique
Adhérence
Virulence
sur cellules épithéliales
en présence de différents sucres
portage candidose
mortalité chez la souris
après inoculation i.v
*
*
*
*
**
glc
sac
gal
34
*
*
Oral Microbiol Immunol 2001
-
+
L'adhérence de C. albicans est augmentée par un prétraitement par
des cytostatiques (PLM peblomycin, 5FU 5-fluorouracil, CDDP cisplatin)
ou par irradiation (137 Cs).
35
Biofilms
• Définition
Un biofilm mature est constitué d'une communauté de microorganismes
fixée de manière irréversible sur un support.
Les microorganismes sont inclus dans une matrice (polymères) et
présentent un phénotype différent (résistance aux antimicrobiens) de
celui des mêmes microorganismes sous forme libre (planctonique).
• Supports et origine de la contamination
- Cathéter +++ (levures cutanées ou fongémie)
- Prothèse, valve cardiaque, pacemaker (contamination chirurgicale ou
fongémie)
- Sonde endotrachéale, sonde urinaire… (levures commensales)
• Biofilms mixtes possibles (bactéries + levures)
36
Formation d'un biofilm à Candida
(a) Support vierge
(b) Adhérence des levures
(c) Multiplication des levures
Adhérence +++
(d) Filamentation
Fabrication de la matrice
 Biofilm mature
Formation d'un biofilm mature en 48 heures
37
Structure d'un biofilm mature à Candida albicans
38
Biofilms
• Modèles d'étude des biofilms
- Cathéters de patients étudiés en microscopie
- Modèles animaux de cathétérisation
- Etudes in vitro sur "biofilms artificiels"
Support "infecté" puis placé dans un milieu de croissance
• Paramètres étudiés
- Formation du biofilm (vitesse de croissance, structure)
- Influence de la nature du support
- Phénotype des levures du biofilm par rapport aux levures libres
39
Modification du phénotype des levures dans le biofilm
-Augmentation de la résistance aux antifongiques-
• La sensibilité d'une souche à un AF est évaluée par la CMI
(Concentration Minimale Inhibitrice)
= la plus faible concentration d'AF capable d'inhiber la
croissance de la souche testée
• La CMI est augmentée de 30 à 2000 fois dans le biofilm
• Mécanismes
-  de l'entrée de l'AF dans le biofilm (rôle de la matrice ?)
- expression de gènes de résistance aux AF induite par le contact
avec le support et la filamentation
40
2.4. Sécrétion de molécules actives
• Enzymes hydrolytiques
- aspartyl protéinases
- phospholipases B
- lipases
• Mannanes
41
Phospholipases B
• Candidose invasive expérimentale par infection orale
• Marquage de la phospholipase B sur une coupe tissulaire
(intestin)
• Clivage des phospholipides membranaires
 déstabilisation des membranes
 lyse cellules et tissus
 invasion
42
Ghannoum, Clin Microbio Rev 2000, 13 : 122-143
Mannanes
• Polymères de mannose.
• Localisés dans la paroi sous forme de mannoprotéines.
25 % des composants de la paroi.
• Sécrétés par le champignon.
43
-mannanes
-mannanes
Libérés dans l'environnement.
Rôle dans l’adhérence.
Reconnus par le SI.
• activent le complément  opsonisation
• reconnaissance et stimulation des macrophages
• rôle dans l’orientation de la RI spécifique
• induisent la production d’AC
Jouault, Clin Diagn Lab Immunol 1997, 4: 328-333. Netea, Nature Reviews, 2008, 6: 67-78
44
III. Physiopathologie
3. Facteurs de défense de l'hôte
Chez l'individu sain, les levures sont contrôlées par :
• Facteurs locaux non immunologiques
- Barrière cutanéomuqueuse
- Flore bactérienne
- Clairance mucociliaire et desquamation
• Réponse immunitaire muqueuse et systémique
- Non spécifique
- Spécifique
45
3.1. Réponse immunitaire non spécifique
Activation de la RI non spécifique via la reconnaissance de C. albicans
par les cellules immunitaires :
•PAMPs de C. albicans (pathogen-associated molecular patterns)
mannanes, mannoprotéines, b-glucane
•PRRs des cell. immunitaires (pattern-recognition receptors)
2 classes majeures pour la reconnaissance de C. albicans
-TLRs (Toll like receptors) : TLR2 et TLR4
-CLRs (C-type lectine receptors) : MR et DC-SIGN
46
Nat Rev Microbiol 2008
3.1. Réponse immunitaire non spécifique
a) Polynucléaires neutrophiles
Rôle majeur +++
- neutropénie = facteur de risque majeur chez l'homme
- confirmé par les modèles animaux
Table I. Effect of neutrophil depletion on the outcome of
disseminated candidiasis development.
Treatment with
anti-GR-1 mAb (a)
+
MST (b)
> 60
(déplétées PNN)
4
(souris normales)
CFU(X 103) (c)
Kidneys
Brain
414 72
1512 162
75 8
234 41
a)
CD2F1 mice were trated with 100 µg of the neutrophil-depleting mAb, anti-GR1, 4h before
intravenous challenge with low virulence PCA-2 cells.
b) MST, median survival time (days).
c) Colony-forming units were recovered 3 days after challenge.
47
Romani, Res Immunol 1996, 512-518
3.1. Réponse immunitaire non spécifique
a) Polynucléaires neutrophiles
Rôle majeur +++
• Effecteurs fongicides sur les formes levures et filamenteuses
Caesar, Infect Immun 1997, 65 : 5354-5357
48
3.1. Réponse immunitaire non spécifique
a) Polynucléaires neutrophiles
Rôle majeur +++
• Effecteurs fongicides sur les formes levures et filamenteuses
• Activité immunomodulatrice (cytokines)
- cytokines inflammatoires (TNF- , IL-6) qui activent en retour les
macrophages
- IL-12 ou IL-10 qui orientent l'immunité spécifique.
 cellules sentinelles
49
Activité immunomodulatrice des PNN
Table II. Production of cytokines by neutrophils in response to different stimuli in vitro.
Cytokine levels (b)
In vitro stimuli (a)
IL4
IL-6
IL10
IL12p70 TNF
None
IFN + LPS
C. albicans (PCA-2)
C. albicans (CA-6)
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 0.5
< 40
154 15
90 17
120 22
<2
49 8
<2
40 11
< 100
240 24
297 30
< 100
< 0.5
256 47
284 41
177 60
a) Neutrophils
from the peritoneal cavity of mice injected 18 h earlier with 1 ml of thioglycollate were
purified using mmunomagnetic beads. Cells (5x106) were cultured in vitro with IFN (400 U/ml)
and LPS (40 ng/ml) or C. albicans cells cell-to-cell ratio of 1:1) in the presence of protease
inhibitors for 24 h before measurement of cytokine contents in the supernatants.
b) pg/ml (except for IL6, U/ml) as measured by specific ELISA or, for IL12p70, antibody capture bioassay.
Negative cultures are indicated by cytokine titres below the determination.
PCA-2 : souche avirulente, pas de filamentation
CA-6 : souche virulente, filamentation +++
50
Romani, Res Immunol 1996, 512-518
3.1. Réponse immunitaire non spécifique
a) Polynucléaires neutrophiles
Rôle majeur +++
• Effecteurs fongicides sur les formes levures et filamenteuses
• Activité immunomodulatrice (cytokines)
- cytokines inflammatoires (TNF- , IL-6) qui activent en retour les
macrophages
- IL-12 ou IL-10 qui orientent l'immunité spécifique.
 cellules sentinelles
b) Macrophages, cellules dendritiques
• Fongicides, production de cytokines inflammatoires
(moins efficaces que PNN)
• Cellules dendritiques : production IL-12 ou IL-10
51
3.2. Réponse immunitaire spécifique
a) Immunité humorale
Panel complexe d'anticorps ayant des rôles divers
et mal connus
 AC utiles mais non indispensables
b) Immunité cellulaire
Encore mal élucidée.
Rôle effecteur ?
Production de cytokines +++
c) Cytokines
 rôle protecteur des cytokines Th1 et Th17
Microbes Infect 2010
52
Orientation de la réponse immunitaire
X
CPAG
macrophages
C. dendritiques
(PNN)
CPAG
Ag
IL-12
IL-4
+
+
NK
IFN-
LTH1
IL-2
IFN-
Immunité Th1
LTH0
+
TGF
LTH17muq
IL-17
IL-22
IL-26
Immunité Th17
+
LTH2
IL-4
IL-5
IL-10
Immunité Th2
Prolifération lymphocytaire Peptides antimicrobiens Prolifération lymphocytaire
Production d'IgG2a
Chemokines
Production d'IgG1
Activation phagocytes
Recrutement des PNN
IMMUNITE CELLULAIRE
53
IMMUNITE MUQUEUSES
IMMUNITE HUMORALE
Interactions C. albicans et cellules immunitaires
54
Nat Rev Microbiol 2008
Modèles animaux de candidose invasive
Modèle RESISTANT
Modèle SENSIBLE
C. albicans i.v.
Souche PCA-2
avirulente
DBA/2
BALB/c
Th1 (IFN , IL-2)
Survie
Résistance à réinfection
anti-IFN
anti-IL4 ou anti-IL10
55
Th2 (IL-4, IL-10)
Décès
Chez l'homme
Portage commensal digestif
Candidose invasive
56
 Th1 / TH17
 Th2
Physiopathologie des candidoses invasives
I.
II.
III.
IV.
57
Rappels sur les candidoses
Biologie de Candida albicans
Physiopathologie des candidoses invasives
Conclusion
IV. Conclusion
 3 facteurs de virulence majeurs
- Variabilité morphologique (filamentation)
- Capacité d'adhérence
- Production d'enzymes hydrolytiques
 Rôle primordial des PNN dans le contrôle des candidoses
invasives
- Effecteurs fongicides des levures et des filaments
- Production de cytokines immunomodulatrices essentielles
(IL10 et IL12) qui orientent l'immunité spécfique vers un profil
protecteur Th1 ou délétère Th2
 Rôle conjoint de l'immunité cellulaire Th17, Th1 et des cellules
phagocytaires (PNN) dans la lutte contre les candidoses invasives
58
CONTAMINATION
Réponse immune
spécifique Th17/Th1
protectrice
COMMENSALISME
(état non pathogène)
FACTEURS
DE RISQUE
Th17/Th1 ?
 Virulence de C. albicans
COLONISATION ETENDUE
(état pathogène)
 LT
Th2 > Th1
CANDIDOSE
SUPERFICIELLE
Pas de dissémination
 phagocytes (PNN, MO)
Th2 > Th1
CANDIDOSE
SYSTEMIQUE AIGUE
= disséminée
phagocytes normaux
Th2 > Th1
CANDIDOSE CHRONIQUE
TISSULAIRE
59
phagocytes normaux
Th1 > Th2
GUERISON