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Publication . Lone, M.A.; Santos, Tânia; Alecu, I.; Silva, Liana C.; Hornemann, T.

Sphingolipids (SLs) are fundamental components of eukaryotic cells. 1-Deoxysphingolipids differ structurally from canonical SLs as they lack the essential C1-OH group. Consequently, 1-deoxysphingolipids cannot be converted to complex sphingolipids and are not degraded over the canonical catabolic pathways. Pathologically elevated 1-deoxySLs are involved in several disease conditions. Within this review, we will provide an up-to-date overview on the metabolic, physiological and pathophysiological aspects of this enigmatic class of "headless" sphingolipids.

2019Journal article

Restricted access

Exploring the biophysical properties of biological membranes: from ceramide domains to lipid droplets

Publication . Ventura, Ana; Silva, Liana Casquinha da; Prieto, Manuel; Futerman, Anthony

Actualmente é reconhecido que a organização da membrana e as suas propriedades são reguladores de funções celulares. As alterações na organização membranar e a formação de domínios ordenados estão implicados em diversos processos biológicos, tais como na sinalização celular. As ceramidas constituem as cadeias estruturais de todos os esfingolípidos complexos, e são considerados lípidos bioactivos capazes de modular vários processos celulares e implicados no desenvolvimento de várias doenças. O mecanismo molecular subjacente ao modo de acção das ceramidas parece estar relacionado com o modo como estes lípidos alteram as propriedades biofísicas das membranas, nomeadamente através da formação de domínios enriquecidos em ceramida. No entanto, o efeito da ceramida nas propriedades das membranas são complexos e dependem tanto da composição lipídica da membrana como da estrutura da ceramida, e estão pouco caracterizados em situações que mimetizem comportamentos biológicos. Por isso, este estudo tem como objectivo investigar o impacto biofísico das ceramidas em membranas biológicas e em condições fisiologicamente relevantes, e identificar as consequências biológicas associadas a estas alterações. Vários estudos foram feitos tendo como objectivo i) melhorar a caracterização das ceramidas em membranas artificiais e ii) desenvolver e implementar metodologias biofísicas para caracterizar as propriedades de membranas e organelos em células e em condições fisiológicas. Os resultados obtidos neste estudo confirmam a complexidade associadas às alterações promovidas pela ceramida nas propriedades biofísicas das membranas, que passam pela formação de fases gel metaestáveis interdigitadas. Para além disso, também é mostrado que a formação de ceramida induzida por factores de stress promove alterações na fluidez da membrana plasmática, nos lisossomas e na célula em geral. A capacidade da ceramida promover um aumento da ordem da membrana, causado pela formação dos domínios gel de ceramida, está coordenado com o aumento da internalização de sondas lipofílicas, e é acompanhado por um aumento na internalização de vesiculas enriquecidas em ceramida, as quais são transportadas através da via endo/lisossomal. Além disso, este estudo mostra que a formação de ceramida e as alterações biofísicas estão associadas ao metabolismo e propriedades das gotículas lipídicas (“lipid droplets”). Resumindo, este estudo demostra que as acções biológicas da ceramida poderão estar associadas às alterações biofísicas induzidas nas membranas. O efeito das ceramidas nas propriedades das membranas propaga-se para além do local onde são formadas, e envolvem alterações em vários organelos. Estas evidências sugerem que activação de alvos intracelulares relacionados com as ceramidas possa ser mediada pelas vesiculas enriquecidas em ceramida com propriedades biofísicas únicas.

2023-06Doctoral thesis

Open access

Biophysical and biological properties of atypical sphingolipids : implications to physiology and pathophysiology

Publication . Da Cunha Branco Dos Santos, Tânia; Silva, Liana Casquinha da; Prieto, Manuel; Hornemann, Thorsten

1-deoxy-sphingolipids lack the C1-OH on their sphingoid base and present a cis ∆14-15 double bond instead of the canonical trans ∆4-5 double bond. Increased 1-deoxy-sphingolipid levels are directly correlated with the development and progression of hereditary sensory and autonomic neuropathy type 1 (HSAN1) and diabetes type 2. Different mechanisms have been proposed to explain the cytotoxicity of 1-deoxy-sphingolipids. However, these are highly dependent on the cell line studied and on the lipid concentration used, limiting the understanding of the mechanisms by which 1-deoxy-sphingolipids exert their patho-physiological roles. As for other sphingolipids, 1-deoxy-sphingolipids biological action might be related to the specific changes that each of the species cause on the biophysical properties of the membranes. Nonetheless, studies that comprehensively address the 1-deoxy-sphingolipids biophysical behavior are still scarce. Thereby, the goal of this study was to bring more insight into the biophysical impact of 1-deoxy-sphingolipids in both model and cellular membranes. Using complementary established fluorescence spectroscopy and microscopy methodologies and a multi-probe approach it was possible to conclude that: i) 1-deoxy-sphingolipids fail to form ordered domains as efficiently as canonical sphingolipids; ii) the presence, position and configuration of the sphingoid base double bond has a stronger influence on sphingolipids-induced changes on membrane biophysical properties than the structure of its C1 group; iii) external addition of 1-deoxy-sphingoid bases to living cells induce rapid changes in membrane fluidity in a sphingolipid structure dependent manner; iv) 1-deoxy-sphingolipids effects on membrane properties are specific and distinct from their canonical counterparts; v) endogenous elevation of 1-deoxy-sphingolipids due to mutations associated with HSAN1 development cause significant changes in the fluidity of cell membranes in a mutation dependent manner. Overall, the results suggest that pathologically elevated levels of 1-deoxy-sphingolipids compromise the biophysical properties of the membranes, which might impair proper cell functioning leading to the development of pathological conditions.

2021-06Doctoral thesis

Open access