Tráfego membranar na doença

O nosso objetivo é descobrir mecanismos reguladores do tráfego membranar e o seu papel em doenças humanas.

Para isso, utilizamos técnicas de ponta, como microscopia confocal de super-resolução e uma ampla gama de métodos de biologia molecular, bioquímica e biologia celular para avançar o conhecimento nesta área.

Focamo-nos no estudo de pequenas GTPases das famílias Rab e Arf da superfamília Ras, já que são as principais proteínas reguladoras de todas as etapas do tráfego intracelular. Mutações em várias proteínas destas famílias levam a doenças que afetam principalmente neurónios, cílios e organelos relacionadas com lisossomas, como os melanossomas. Além disso, várias destas proteínas têm sido implicadas na progressão tumoral.

Assim, o estudo dos mecanismos de doenças causadas por mutações em proteínas Rab e Arf pode levar à compreensão da etiologia destas doenças e permitir uma melhor compreensão das funções das proteínas implicadas, além de poder lançar pistas para novas estratégias terapêuticas.

ijms-22-04466-g002_duarte.barral@fcm.unijms-22-04466-g001_duarte.barral@fcm.unLCabaço1_duarte.barral@fcm.un

 

  • Projeto PRIME (Mecanismos Moleculares de Internalização e Processamento de Melanina por Queratinócitos)
    01/10/2018 – 31/03/2022
    Fundação para a Ciência e a Tecnologia

A pele é o maior órgão do corpo humano e oferece proteção contra agressões externas. A camada mais externa, a epiderme, é composta principalmente por dois tipos de células: melanócitos e queratinócitos. Os melanócitos sintetizam o pigmento melanina e localizam-se na camada basal. Os queratinócitos estão presentes em todas as camadas e são os recipientes finais da melanina. A melanina protege as células da pele contra os danos induzidos pela radiação ultravioleta (UV), que podem levar ao aparecimento de cancro de pele. A síntese de melanina ocorre em organelos especializados chamados melanossomas, que partilham várias características com os lisossomas, como baixo pH, a presença de proteínas de membrana lisossomal e enzimas catalíticas e, portanto, são consideradas organelos relacionadas com lisossomas. Uma vez totalmente maduros e localizados nas extremidades dos melanócitos, os melanossomas são transferidos para os queratinócitos. Encontrámos evidências de que o modelo predominante de transferência de melanina é exo/fagocitose, em que o núcleo de melanina é exocitado por melanócitos num processo dependente da pequena GTPase Rab11b e do complexo exocisto, e posteriormente internalizado pelos queratinócitos. Apesar do papel crucial da internalização e processamento da melanina pelos queratinócitos para a pigmentação da pele, as vias envolvidas não foram caracterizadas. Além disso, após a internalização pelos queratinócitos, pouco se sabe sobre como a melanina se acumula na região supra-nuclear dos queratinócitos para proteger o DNA da radiação UV. Portanto, propomo-nos estudar como é que a melanina é internalizada e processada pelos queratinócitos.

Objetivos:

    1. Investigar a via de internalização seguida pela melanina nos queratinócitos.
    2. Caracterizar o processamento da melanina pelos queratinócitos.
    3. Determinar o mecanismo de polarização dos grânulos de melanina nos queratinócitos.

Os nossos estudos sugerem que a melanina é armazenada em compartimentos endocíticos especializados dentro dos queratinócitos que não são altamente acídicos ou degradativos, permitindo que esta resista à degradação por longos períodos e permaneça durante o processo de diferenciação em direção às camadas superficiais do epitélio estratificado. Este trabalho tem o potencial de fornecer conceitos totalmente novos no campo da pigmentação da pele. Os distúrbios da pigmentação causam redução na qualidade de vida das pessoas afetadas devido ao seu impacto social. Além disso, com o estilo de vida moderno, a fotoproteção tornou-se um importante problema. Assim, este trabalho também pode levar à identificação de novos reguladores-chave que se tornarão alvos de medicamentos para as indústrias farmacêutica, de biotecnologia e cosmética.

Publicações:
H. Moreiras, M.C. Seabra, D.C. Barral. “Melanin Transfer in the Epidermis: The Pursuit of Skin Pigmentation Control Mechanisms”. Int J Mol Sci. 2021 Apr 24;22(9):4466. doi: 10.3390/ijms22094466.

H. Moreiras, F.J.C. Pereira, M.V. Neto, L. Bento-Lopes, T.C. Festas, M.C. Seabra, D.C. Barral. "The exocyst is required for melanin exocytosis from melanocytes and transfer to keratinocytes". Pigment Cell Melanoma Res. 2020 Mar;33(2):366-371. doi: 10.1111/pcmr.12840

H. Moreiras, M. Lopes-da-Silva, M.C. Seabra, D.C. Barral. "Melanin processing by keratinocytes: A non-microbial type of host-pathogen interaction?". Traffic. 2019 Apr;20(4):301-304. doi: 10.1111/tra.12638.

Equipa:
Duarte Barral, Investigador Principal
Miguel Seabra, co- Investigador Principal
Abel Oliva, Investigador
João Pedro Vasconcelos, Investigador
Michael Hall, Investigador pós-Doutorado
Liliana Bento-Lopes, Doutoranda
Luís Cabaço, Doutorando
Matilde Neto, Doutoranda

  • LYSOCIL: Excel in Rare Diseases Research: Focus on LYSOsomal Disorders and CILiopathies
    11/01/2018 - 30/04/2022
    Horizonte 2020 da União Europeia

    O LYSOCIL é um projeto Twinning liderado pela NMS|FCM que visa fortalecer a capacidade de I&D em doenças raras (DRs), ajudando a tornar-se um centro de excelência reconhecido nacional e internacionalmente em I&D em DRs. O CEDOC-NMS|FCM estabeleceu uma parceria com duas instituições líderes internacionais, a Universidade de Münster (WWU), uma instituição Alemã com um forte perfil de investigação em medicina básica, clínica e translacional em DRs e o Instituto Telethon de Genética e Medicina (TIGEM), o principal centro de investigação Italiano dedicado a compreender os mecanismos moleculares das DRs. Esta parceria irá potenciar o conhecimento e experiência multidisciplinar e alargar as redes de colaboração para atingir a excelência da investigação dos parceiros envolvidos.

  • Moreiras H, Bento-Lopes L, Neto MV, Escrevente C, Cabaço LC, Hall MJ, Ramalho JS, Seabra MC, Barral DC. Melanocore uptake by keratinocytes occurs through phagocytosis and involves protease-activated receptor-2 internalization. Traffic. 2022 Jun;23(6):331-345. doi: 10.1111/tra.12843. Epub 2022 May 15. PMID: 35426185.
  • Brito C, Costa-Silva B, Barral DC, Pojo M. Unraveling the Relevance of ARL GTPases in Cutaneous Melanoma Prognosis through Integrated Bioinformatics Analysis. Int J Mol Sci. 2021 Aug 26;22(17):9260. doi: 10.3390/ijms22179260.
  • Silva G, Sales-Dias J, Casal D, Alves S, Domenici G, Barreto C, Matos C, Lemos AR, Matias AT, Kucheryava K, Ferreira A, Moita MR, Braga S, Brito C, Cabral MG, Casalou C, Barral DC, Sousa PMF, Videira PA, Bandeiras TM, Barbas A. Development of Dl1.72, a Novel Anti-DLL1 Antibody with Anti-Tumor Efficacy against Estrogen Receptor-Positive Breast Cancer. Cancers (Basel). 2021 Aug 13;13(16):4074. doi: 10.3390/cancers13164074. 
  • Escrevente C, Bento-Lopes L, Ramalho JS, Barral DC. Rab11 is required for lysosome exocytosis through the interaction with Rab3a, Sec15 and GRAB. J Cell Sci. 2021 Jun 1;134(11):jcs246694. doi: 10.1242/jcs.246694.
  • Moreiras H, Seabra MC, Barral DC. Melanin Transfer in the Epidermis: The Pursuit of Skin Pigmentation Control Mechanisms. Int J Mol Sci. 2021 Apr 24;22(9):4466. doi: 10.3390/ijms22094466.
  • Brito C, Barral DC, Pojo M. Subversion of Ras Small GTPases in Cutaneous Melanoma Aggressiveness. Front Cell Dev Biol. 2020 Sep 23;8:575223. doi: 10.3389/fcell.2020.575223.
  • Casalou C, Ferreira A, Barral DC. The Role of ARF Family Proteins and Their Regulators and Effectors in Cancer Progression: A Therapeutic Perspective. Front Cell Dev Biol. 2020 Apr 21;8:217. doi: 10.3389/fcell.2020.00217.
  • Moreiras H, Pereira FJC, Neto MV, Bento-Lopes L, Festas TC, Seabra MC, Barral DC. The exocyst is required for melanin exocytosis from melanocytes and transfer to keratinocytes. Pigment Cell Melanoma Res. 2020 Mar;33(2):366-371. doi: 10.1111/pcmr.12840.
  • Casalou C, Faustino A, Silva F, Ferreira IC, Vaqueirinho D, Ferreira A, Castanheira P, Barona T, Ramalho JS, Serpa J, Félix A, Barral DC. Arl13b Regulates Breast Cancer Cell Migration and Invasion by Controlling Integrin-Mediated Signaling. Cancers (Basel). 2019 Sep 29;11(10):1461. doi: 10.3390/cancers11101461.
  • Kuhns S, Seixas C, Pestana S, Tavares B, Nogueira R, Jacinto R, Ramalho JS, Simpson JC, Andersen JS, Echard A, Lopes SS, Barral DC, Blacque OE. Rab35 controls cilium length, function and membrane composition. EMBO Rep. 2019 Oct 4;20(10):e47625. doi: 10.15252/embr.201847625.
  • Moreiras H, Lopes-da-Silva M, Seabra MC, Barral DC. Melanin processing by keratinocytes: A non-microbial type of host-pathogen interaction? Traffic. 2019 Apr;20(4):301-304. doi: 10.1111/tra.12638.
  • Correia MS, Moreiras H, Pereira FJC, Neto MV, Festas TC, Tarafder AK, Ramalho JS, Seabra MC, Barral DC. Melanin Transferred to Keratinocytes Resides in Nondegradative Endocytic Compartments. J Invest Dermatol. 2018 Mar;138(3):637-646. doi: 10.1016/j.jid.2017.09.042.
  • Casalou C, Faustino A, Barral DC. Arf proteins in cancer cell migration. Small GTPases. 2016 Oct;7(4):270-282. doi: 10.1080/21541248.2016.1228792.
  • Encarnação M, Espada L, Escrevente C, Mateus D, Ramalho J, Michelet X, Santarino I, Hsu VW, Brenner MB, Barral DC, Vieira OV. A Rab3a-dependent complex essential for lysosome positioning and plasma membrane repair. J Cell Biol. 2016 Jun 20;213(6):631-40. doi: 10.1083/jcb.201511093.
  • Seixas C, Choi SY, Polgar N, Umberger NL, East MP, Zuo X, Moreiras H, Ghossoub R, Benmerah A, Kahn RA, Fogelgren B, Caspary T, Lipschutz JH, Barral DC. Arl13b and the exocyst interact synergistically in ciliogenesis. Mol Biol Cell. 2016 Jan 15;27(2):308-20. doi: 10.1091/mbc.E15-02-0061.
  • Casalou C, Seixas C, Portelinha A, Pintado P, Barros M, Ramalho JS, Lopes SS, Barral DC. Arl13b and the non-muscle myosin heavy chain IIA are required for circular dorsal ruffle formation and cell migration. J Cell Sci. 2014 Jun 15;127(Pt 12):2709-22. doi: 10.1242/jcs.143446.
  • Tarafder AK, Bolasco G, Correia MS, Pereira FJC, Iannone L, Hume AN, Kirkpatrick N, Picardo M, Torrisi MR, Rodrigues IP, Ramalho JS, Futter CE, Barral DC, Seabra MC. Rab11b mediates melanin transfer between donor melanocytes and acceptor keratinocytes via coupled exo/endocytosis. J Invest Dermatol. 2014 Apr;134(4):1056-1066. doi: 10.1038/jid.2013.432.
  • Bolsa de deslocação VIBes in Biosciences 2020 (Leuven, Belgium), atribuída a Andreia Ferreira
  • Bolsa de deslocação da European Society for Pigment Cell Research 2018 (Rennes, France), atribuída a Hugo Moreiras
  • Bolsa de deslocação da International Federation of Pigmented Cell Societies 2017 (Denver, USA) atribuída a Hugo Moreiras
2 Oportunidades para Doutoramento @ Laboratório Tráfego Membranar na Doença
Investigadores
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. 

Investigação da NMS com forte presença no Ciência 2022

NOVA Medical School estará presente no Ciência 2022, o maior encontro de Ciência e Tecnologia em Portugal, com representação plena da investigação através das suas quatro Unidades de Investigação e três Laboratórios Associados, durante a total duração do evento no Centro de Congressos de Lisboa.

Investigação NMS lidera conhecimento na transferência de melanina em células

A investigação, levada a cabo pelo laboratório Tráfego Membranar na Doença do investigador Duarte Barral, é capa da mais recente edição da revista Traffic, uma revista científica dedicada ao transporte intracelular em doença. 

  • Miguel Seabra, Centro de Estudos de Doenças Crónicas (CEDOC)
  • Susana Lopes, Centro de Estudos de Doenças Crónicas (CEDOC)
  • Cláudia Almeida, Centro de Estudos de Doenças Crónicas (CEDOC)
  • Henrique Girão, Instituto de Investigação Clínica e Biomédica de Coimbra (ICBR)
  • Marta Pojo, Instituto Português de Oncologia de Lisboa Francisco Gentil (IPOLFG)
  • Jacinta Serpa, Centro de Estudos de Doenças Crónicas (CEDOC) e Instituto Português de Oncologia Francisco Gentil (IPOLFG)
  • Abel Oliva, Instituto de Tecnologia Química e Biológica António Xavier (ITQB NOVA)
  • Rune Matthiesen, Centro de Estudos de Doenças Crónicas (CEDOC)

Investigador Principal

Duarte C. Barral
Principal Investigator

Equipa

Cristina Escrevente
Post-Doctoral Researcher
Michael Hall
Post-Doctoral Researcher
Andreia Ferreira
PhD Student
Luís Cabaço
PhD Student
Liliana Lopes
PhD Student
Rui Bastos
PhD Student
Melissa Albino
Master Student