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Stress, Drug Resistance, Adhesion: the dark side of the wall

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Academic year: 2021

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(1)

LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 1

Stress, Drug Resistance, Adhesion:

the dark side of the wall.

Hélène Martin-Yken

C. Formosa-Dague, M. Schiavone, J. François and E. Dague

e-mail: helene.martin@insa-toulouse.fr e-mail: helene.martin@insa-toulouse.fr

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 2

Yeasts

- Eukaryotic single-cell microorganisms, members of the Fungus kingdom.

- Used by mankind for milenia to ferment food, notably

Saccharomyces cerevisiae, S. bayanus, Kluveyromyces lactis...

- Life threatening pathogenic yeast species :

Candida albicans and Cryptococcus neoformans.

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 3

Daughter cell

Mother cell Bud

scars

Scanning electron microscope images of yeasts cells (source: Chemistryland.com).

Yeasts

5µm

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 4

The Yeast Cell Wall

A Highly Dynamic Structure (Morphogenesis, budding..)

An Essential Structure for Cell Integrity

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 5

Cell Wall

~150 nm

Plasma Membrane

(Medium,…)

Mannoproteins

b(1,3)glucans b(1,6)glucans

Chitin

The Yeast Cell Wall Architecture

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 6

Using the Force :

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 7 250 nm

250 nm

250 nm

AFM : imaging and nano-mechanics of the cell wall

Control strain mnn9 (affected in

mannan synthesis) fks1 (affected in b-glucan synthesis )

Elasticity

Rugosity Elasticity

Rugosity

(Dague et al., 2010. Yeast, 27(8), 673-84)

Young’s modulus 1.62 ± 0.22 1.86 ± 0.58 2.02 ± 0.43 (MPa)

Roughness 1.21 ± 0.30 2.95 ± 0.65 5.76 ± 1.8

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 8

Heat Shock

(Pillet et al., 2014. BMC Biology, 12,6)

AFM deflection images

BS: Bud scar, CS: circular structure

.

Ultrastructure of the

Circular Structure CS : A, A’ : unstressed (30°C) B, B’: 1 h at 42°C

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 9

Killer toxin K9

(Liu et al., 2015. Let. App. NanoBioScience, 4 (4), 306-15)

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 10

Effect of Caspofungin on C. albicans

(Formosa et al., 2013. AAC 57(8))

Elasticity maps (z range = 0.5 MPa) Adhesion Maps

Cell’s relief (= 3D Image)

A low dose of Caspofungin

(0.5xMIC) results in expression of

adhesins on the cell surface !!!

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 11

Single Molecule Force Spectroscopy (SMFS) by AFM to measure cellular Adhesion

(Cabral et al., 2014.

PloS Pathogens 10;12)

r

controlr

control O.E.

O.E.

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 12

Perspectives

AFM allowed us to unravel the morphologic effect on yeast cells of Heat Shock, Osmotic Shock, exposure to toxins and

drugs.

New projects include effect of mycotoxins on yeast cells, and molecular determinants of cell adhesion,

- at the molecular scale with AFM and Optical Tweezers,

- at the population scale with the Sheer Flow Chamber.

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 13

Etienne Dague, LAAS CNRS

Marion Schiavone, Lallemand, LISBP

Pr Jean-Marie François, INSA

Flavien Pillet,

IPBS Cécile Fantastique

Formosa-Dague,

UCL Louvain la neuve

And…

THE FORCE !!!!!

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 14

Thank you for your attention !

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 15

Fig.1 (François et al)

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LISBP •Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 16

Fig.2(François et al)

Références

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