Regulação Ciliar e Doença

Investigação sobre o comprimento dos cílios e a regulação da sua motilidade usando modelos animais

Cílios são organelos celulares que se projetam de quase todas as células. Os cílios podem ser móveis ou imóveis e podem aparecer isolados ou em grupos por célula. Acredita-se que todos os tipos de cílios tenham propriedades de sinalização. Vias de sinalização importantes durante o desenvolvimento e/ou doença animal têm sido relacionadas com cílios, como as vias de sinalização Hedgehog, TGF-beta e Wnt. Quando os cílios têm comprimento anormal, a sinalização Hedgehog é afetada. Por outro lado, os defeitos de sinalização Notch e FGF desencadeiam problemas de comprimento ciliar e motilidade.

Nós estudamos os mecanismos moleculares que fundamentam a regulação do comprimento e da motilidade dos cílios, tanto nos cílios móveis como nos imóveis. Usamos o embrião de peixe-zebra de vertebrado porque tem muitos órgãos ciliados e com todos os tipos de cílios e oferece excelentes oportunidades para imaging ao vivo devido à sua transparência, bem como vantagens genéticas.

Graphical Abstract

Diagnóstico de discinesia ciliar primária (DCP)

Paralelamente à nossa investigação em cílios móveis, abrimos no CEDOC-NMS um serviço de diagnóstico de DCP. Essa doença requer uma abordagem multidisciplinar para ser corretamente diagnosticada, pois pode ser confundida com causas secundárias, como infecções respiratórias. Em coordenação com os principais Hospitais do país realizamos a análise do epitélio nasal ciliado de pacientes com suspeita de DCP. Desde 2014 que oferecemos a avaliação por vídeo-microscopia de alta velocidade para quantificar a frequência e o padrão de batimento ciliares. Atualmente, oferecemos o estudo de microscopia eletrónica da ultraestrutura dos cílios em colaboração com o serviço de DCP dos Hospitais de Southampton e Londres (Reino Unido) e mais recentemente estudamos a presença ou ausência das proteínas que conferem motilidade aos cílios através da realização de imunofluorescência. No final promovemos um encontro multidisciplinar onde juntamos toda a informação das diferentes técnicas de diagnóstico com a história clínica recolhida por clínicos e geneticistas. O diagnóstico de DCP é interativo e pode envolver a colaboração com centros de referência na Europa. A Dra Susana Lopes é membro apoiante do grupo PCD da rede europeia ERN-LUNG onde são discutidos casos difíceis entre médicos e cientistas.

Objetivo:

Diagnosticar pacientes com PCD e fazer pesquisas sobre novos genes de PCD e pesquisas translacionais sobre terapias potenciais. Paralelamente à nossa investigação em cílios móveis, abrimos no CEDOC-NMS um serviço de diagnóstico de DCP.

Publicações:
-CiliarMove: new software for evaluating ciliary beat frequency helps find novel mutations by a Portuguese multidisciplinary team on primary ciliary dyskinesia.
Sampaio P, da Silva MF, Vale I, Roxo-Rosa M, Pinto A, Constant C, Pereira L, Quintão CM, Lopes SS.
ERJ Open Res. 2021 Feb 8;7(1):00792-2020. doi: 10.1183/23120541.00792-2020. eCollection 2021 Jan.
PMID: 34104642 

-Zebrafish Motile Cilia as a Model for Primary Ciliary Dyskinesia.
Pinto AL, Rasteiro M, Bota C, Pestana S, Sampaio P, Hogg C, Burgoyne T, Lopes SS.
Int J Mol Sci. 2021 Aug 4;22(16):8361. doi: 10.3390/ijms22168361.
PMID: 34445067

-Primary ciliary dyskinesia due to CCNO mutations-A genotype-phenotype correlation contribution.
Henriques AR, Constant C, Descalço A, Pinto A, Moura Nunes J, Sampaio P, Lopes SS, Pereira L, Bandeira T.
Pediatr Pulmonol. 2021 Aug;56(8):2776-2779. doi: 10.1002/ppul.25440. Epub 2021 Jun 8.
PMID: 34102041

1) 01-09-2013 até o presente
Cilia e estabelecimento esquerda-direita
Os cílios móveis são responsáveis ​​por muitos processos no desenvolvimento dos vertebrados, sendo um dos mais fascinantes a determinação dos lados direito e esquerdo do corpo. Desde 2010, temos investigado como o eixo esquerda-direita é traçado pela primeira vez. Cílios móveis especiais que estão presentes nas células monociliadas que revestem o organizador esquerda-direito, um órgão transitório presente na maioria dos vertebrados, incluindo humanos. Tivemos 3 projetos financiados pela FCT nesta matéria.

2) 01-09-2015 até o presente
Recuperar a função dos cílios móveis
Temos especial interesse na doença Discinesia Ciliar Primária (DCP). O nosso laboratório investiga as causas desta doença usando o orgão olfatório do peixe-zebra, um órgão com células multiciliadas que recapitulam o epitélio respiratório humano. Os nossos estudos envolvem o uso de mRNA formulado em partículas lipidicas para restaurar a motilidade dos cílios. Iniciaremos um novo projeto sobre este assunto em 2022, financiado pela Maratona da Saúde.

3) 01/01/2014 a 01-08-2021
Como o peixe-zebra pode ajudar a investigar a Doença Renal Policística?
Os cílios adquiriram grande relevância biomédica devido à descoberta das ciliopatias, ou seja, doenças que têm uma origem ciliar ou de alguma forma envolvem o cílio, como a doença renal policística autossómica dominante (ADPKD). Neste projeto, demonstrámos que o organizador direito esquerdo do peixe-zebra pode ser usado como modelo de um cisto renal típico da doença. Tivemos financiamento da FCT e da Sociedade Portuguesa de Nefrologia.

4) 01-01-2014 até o presente
Diagnóstico da Discinesia Ciliar Primária (DCP)
Paralelamente à nossa investigação em cílios, abrimos no CEDOC-NMS um serviço de diagnóstico de DCP. Esta doença requer abordagem multidisciplinar para ser corretamente diagnosticada, pois pode ser confundida com causas secundárias, como infecções respiratórias. Em coordenação com os principais Hospitais do país realizamos a análise do epitélio nasal ciliado de pacientes com suspeita de DCP. Desde 2014 que oferecemos a avaliação por vídeo-microscopia de alta velocidade para quantificar a frequência e o padrão de batimento ciliares. Atualmente também oferecemos o estudo de microscopia eletrónica da ultraestrutura dos cílios em colaboração com os serviços de DCP de Southampton e Londres, Reino Unido). Mais recentemente, estudamos a presença ou ausência de proteínas que conferem motilidade aos cílios através da realização e análise de imunofluorescência. Junto com o serviço de diagnóstico, fazemos investigação em DCP, como por exemplo, o recente desenvolvimento de um novo software open source para avaliação da frequência ciliar.

Zebrafish Model as a Screen to Prevent Cyst Inflation in Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease.
Oliveira I, Jacinto R, Pestana S, Nolasco F, Calado J, Lopes SS, Roxo-Rosa M.
Int J Mol Sci. 2021 Aug 20;22(16):9013. doi: 10.3390/ijms22169013.
PMID: 34445719 
 
Pkd2 Affects Cilia Length and Impacts LR Flow Dynamics and Dand5.
Jacinto R, Sampaio P, Roxo-Rosa M, Pestana S, Lopes SS.
Front Cell Dev Biol. 2021 Apr 1;9:624531. doi: 10.3389/fcell.2021.624531. eCollection 2021.
PMID: 33869175

Imbalanced mitochondrial function provokes heterotaxy via aberrant ciliogenesis.
Burkhalter MD, Sridhar A, Sampaio P, Jacinto R, Burczyk MS, Donow C, Angenendt M; Competence Network for Congenital Heart Defects Investigators, Hempel M, Walther P, Pennekamp P, Omran H, Lopes SS, Ware SM, Philipp M.
J Clin Invest. 2019 May 16;129(7):2841-2855. doi: 10.1172/JCI98890.
PMID: 31094706

Notch/Her12 signalling modulates, motile/immotile cilia ratio downstream of Foxj1a in zebrafish left-right organizer.
Tavares B, Jacinto R, Sampaio P, Pestana S, Pinto A, Vaz A, Roxo-Rosa M, Gardner R, Lopes T, Schilling B, Henry I, Saúde L, Lopes SS.
Elife. 2017 Sep 6;6:e25165. doi: 10.7554/eLife.25165.
PMID: 28875937

Dynamics of cilia length in left-right development.
Pintado P, Sampaio P, Tavares B, Montenegro-Johnson TD, Smith DJ, Lopes SS.
R Soc Open Sci. 2017 Mar 8;4(3):161102. doi: 10.1098/rsos.161102. eCollection 2017 Mar.
PMID: 28405397 

Left-right organizer flow dynamics: how much cilia activity reliably yields laterality?
Sampaio P, Ferreira RR, Guerrero A, Pintado P, Tavares B, Amaro J, Smith AA, Montenegro-Johnson T, Smith DJ, Lopes SS.
Dev Cell. 2014 Jun 23;29(6):716-28. doi: 10.1016/j.devcel.2014.04.030. Epub 2014 Jun 12.
PMID: 24930722

Maratona da Saúde Prémio Sénior em Doenças Raras 2021

Oportunidade para Doutoramento @ Regulação Ciliar e Doença
Investigadores
Susana Lopes ganha o prestigiado Prémio Maratona da Saúde em Investigação Biomédica

Susana Lopes, investigadora principal do CEDOC, ganhou o prestigioso Prémio Maratona da Saúde em Investigação Biomédica, que vai permitir a investigação na Discinesia Ciliar Primária (PCD)

Colaboração entre vários laboratórios NMS leva a publicação conjunta

A investigação feita por vários dos nosso laboratórios é enquadrada no projeto LYSOCIL e foi publicada na revista Traffic.

Projeto LYSOCIL em doenças raras tem a sua conferência final

Aconteceu a 8 e 9 de abril a conferência final do projeto LYSOCIL no Hotel Vila Galé em Cascais. ­Contou com apresentações dos vários parceiros do projeto e colaboradores a nível mundial, incluindo Itália e Alemanha. 

Professor Heymut Omran, University of Muenster, Alemanha 
Professor David Smith, University of Birmingham, UK
Ethris GmbH, Alemanha

Investigador Principal

Susana Santos Lopes

Equipa

Sara Pestana
PhD student
Margarida Rasteiro
PhD student
Catarina Bota
PhD student
Ana Raquel Domingues
MSc student
Diogo Borges
rotation student