Summary
Dermatophytes are highly specialized filamentous pathogenic fungi that are able to digest keratinized substrates. Pathogenic species are the most common agents of superficial mycoses but their virulence mechanisms are poorly understood. Since dermatophytes almost exclusively infect the stratum corneum, nails and hairs, research into the mechanisms of invasion has primarily focused on secreted proteases. Nothing was known about other secreted hydrolases (e.g. ceramidases and lipases) that are possibly involved in the degradation of the cutaneous barrier, and possible transcription factors specifically modulated during the infection process.
The aim of the present thesis was to identify the proteins (in particular proteases) secreted by dermatophytes during infection that are putative virulence factors and antigenic molecules. A complete gene expression profile of the dermatophyte Arthroderma benhamiae was obtained during infection of its natural host (guinea pig) using RNA-sequencing technology. This profile was compared to those of the fungus cultivated in vitro in two media containing keratin and soy meal protein as the sole source of nitrogen, and in Sabouraud medium. The expression profiles of genes encoding secreted proteins in infected guinea pigs were found very different from that during in vitro growth when using keratin as substrate. Especially, the sets of the 12 most highly expressed genes encoding proteases with a signal sequence during infection and in keratin medium only had the putative vacuolar aspartic protease gene PEP2 in common. The most upregulated gene encoding a secreted protease during infection was that encoding subtilisin SUB6, which is a known major allergen in the related dermatophyte Trichophyton rubrum.
Different tools were recently developed to improve genetic analyses of dermatophytes. In our study, the Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation system was used to transform A. benhamiae in order to produce recombinant proteins such as SUB6, SUB7 and SUB8 which are potentially involved in infection for further characterization.
Comparing gene expression during infection on guinea pigs versus keratin degradation in vitro, which is supposed to mimic the host environment, revealed the critical importance of using real in vivo conditions for investigating virulence mechanisms. The analysis of genes expressed in vivo, encoding cell surface and secreted proteins, particularly proteases, led to the identification of new allergen and virulence factor candidates. = Résumé
Les dermatophytes sont des champignons filamenteux pathogènes capables de digérer des substrats kératinisés. Ils sont la cause du plus grand nombre de mycoses cutanées. Comme les dermatophytes infectent la peau, les ongles et les cheveux, la recherche sur les facteurs de virulence de ces champignons s’est concentrée sur leurs protéases secrétées. Aucune donnée n’était disponible sur d’autres hydrolases sécrétées (e.g. céramidases et lipases) certainement impliquées dans la dégradation de la barrière cutanée. L’objectif de cette thèse était d’identifier les protéines (en particulier les protéases) qui sont sécrétées par les dermatophytes lors d’une infection. Ces protéines sécrétées sont des facteurs de virulence potentiels et des molécules impliquées dans des réactions immunologiques.
Un profil d’expression de tous les gènes (transcriptome) du dermatophyte Arthroderma benhamiae lors d’infections de cochons d’Inde a pu être obtenu en utilisant des techniques récentes de séquençage de l’ARN. Ce profil a été comparé avec ceux du champignon cultivé in vitro dans différents milieux contenant de la kératine ou des protéines de soja comme seule source d’azote, et dans du milieu de Sabouraud. De fortes différences entre les transcriptomes ont été révélées. En particulier, les sets des 12 gènes les plus exprimés codant pour des protéases avec un peptide signal in vitro et in vivo n’avaient en commun que la protéase aspartique PEP2 qui est en fait une protéase vacuolaire. Le gène codant pour une protéase sécrétée le plus exprimé in vivo était celui d’une subtilisine, SUB6. Cette protéase était connue pour être un antigène majeur de l’espèce Trichophyton rubrum.
Nous avons pu transformer A. benhamiae avec des plasmides pour sur-exprimer les gènes codant pour SUB6 et SUB7 en utilisant la bactérie Agrobacterium tumefaciens. Ces subtilisines qui sont potentiellement impliquées dans l’infection ont été obtenues dans du surnageant de culture du champignon alors qu’il avait été impossible de les obtenir avec d’autres systèmes d’expression.
En conclusion, la comparaison des transcriptomes d’A. benhamiae pendant l’infection et pendant sa croissance dans un milieu contenant de la kératine a démontré l’importance d’utiliser des vraies conditions in vivo pour investiguer les mécanismes de virulence des dermatophytes. L’analyse des gènes qui codent pour des protéines sécrétées et qui sont exprimés in vivo a permis d’identifier des facteurs de virulence et des allergènes potentiels des dermatophytes.