Aspergillus fumigatus is an opportunistic pathogenic mold responsible of invasive aspergillosis (IA) in immunocompromised patients. Antifungal therapies for the treatment of IA are limited to three drug classes. The azoles (e.g. voriconazole) represent the first-line treatment, while polyenes (amphotericin B) and echinocandins (e.g. caspofungin) are alternative therapies. Resistance to antifungal drugs is a concern. A. fumigatus exhibits some degree of natural tolerance to caspofungin with loss of efficacy of the drug at higher concentrations (a phenomenon known as the “paradoxical effect”). Moreover, acquired resistance to azoles consisting of mutations in the target gene (cyp51A) is emerging as a consequence of the widespread use of fungicides in agriculture.
This work aims at deciphering the different mechanisms of the adaptive response of
A. fumigatus leading to caspofungin tolerance and azole resistance.
In the first part of the project, we investigated the network of the heat shock protein 90 (Hsp90) in caspofungin tolerance. Hsp90 is an essential molecular chaperone known to be essential for this process, but its pathway remains to be elucidated. We identified a yet unrevealed role of the mitochondrial respiratory chain (MRC) in caspofungin tolerance and paradoxical effect, which is dependent from Hsp90.
In the second part of the project, we investigated the mechanisms of azole resistance of a laboratory generated A. fumigatus strain exhibiting pan-azole resistance in the absence of cyp51A mutations. Overexpression of efflux pumps genes (ABC and MFS transporters) were found to play a role in azole resistance of this strain. Transporter inhibitors such as milbemycin and Phe-Arg β-naphthylamide could potentiate the activity of azoles against A. fumigatus.
This work provides further insights in these mechanisms of antifungal adaptation and resistance in A. fumigatus and could possibly identify novel therapeutic targets.
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Aspergillus fumigatus est une moisissure pathogène opportuniste responsable de l’aspergillose invasive (AI) chez les patients immunocompromis. Les thérapies antifongiques pour le traitement des AI sont limitées à trois classes d’antifongiques. Les azoles (ex.: voriconazole) représentent le traitement de première ligne alors que les polyènes (amphotéricine B) et les échinocandines (ex.: caspofungine) sont des traitements alternatifs. La résistance aux antifongiques représente un véritable problème. A. fumigatus présente un certain degré de tolérance naturelle à la caspofungine avec une perte d’efficacité à haute concentration (phénomène appelé
« effet paradoxal »). De plus, la résistance acquise aux azoles, consistant principalement en des mutations dans le gène cible (cyp51A), est un problème émergeant dû à l’utilisation importante de fongicides dans l’agriculture.
Les objectifs de ce travail sont d’élucider les différents mécanismes de la réponse adaptative d’A. fumigatus impliqués dans la tolérance à la caspofungine et dans la résistance aux azoles.
Dans la première partie du projet, nous avons étudié le réseau de la « heat shock protein 90 » (Hsp90) dans la tolérance à la caspofungine. Hsp90 est une protéine
« chaperon » essentielle connue pour jouer un rôle dans l’effet paradoxal, mais le mécanisme exact est inconnu. Nous avons identifié un rôle de la chaîne respiratoire mitochondriale dans la tolérance à la caspofungine et l'effet paradoxal, qui est dépendant de Hsp90.
Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié les mécanismes de résistance aux azoles d'une souche d'A. fumigatus générée en laboratoire et présentant une résistance aux azoles en l'absence de mutations du cyp51A. La surexpression des gènes des transporteurs ABC et MFS semblait impliquée dans la résistance aux azoles de cette souche. Nous avons montré que les inhibiteurs de transport tels que la milbémycine et le Phe-Arg β-naphtylamide potentialisent l'activité des azoles contre A. fumigatus.
Ces travaux ont permis de mieux comprendre ces mécanismes d'adaptation et de résistance aux antifongiques chez A. fumigatus, et possiblement d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques.