Publicação
Ciliopathy in cholangiocytes of biliary atresia patients – association with ischemic cholangiopathy, patterns of ductular reaction and disease severity
| datacite.subject.fos | Ciências Médicas::Ciências da Saúde | |
| dc.contributor.advisor | Santos, Jorge Luiz dos | |
| dc.contributor.advisor | Vieira, Sandra Maria Gonçalves | |
| dc.contributor.advisor | Lusquinos, José Ignacio Verde | |
| dc.contributor.author | Quelhas, Patrícia Alexandra Silveira | |
| dc.date.accessioned | 2026-01-21T16:54:59Z | |
| dc.date.available | 2026-01-21T16:54:59Z | |
| dc.date.issued | 2025-12-11 | |
| dc.description.abstract | Biliary atresia (BA) is a rare neonatal cholangiopathy characterized by the progressive obstruction of the extrahepatic bile ducts, leading to cholestasis, liver fibrosis, and often the need for liver transplantation. Although affected infants appear clinically healthy at birth, laboratory evidence of cholestasis is already detectable. Despite advances in understanding the underlying pathophysiological mechanisms, the etiology of BA remains unclear, with proposed causes ranging from viral infections and immune dysregulation to genetic predispositions and vascular anomalies. Recent evidence suggests that hypoxia and primary cilia dysfunction in cholangiocytes may play a central role in BA pathogenesis, influencing cholangiopathy progression and clinical outcomes. This thesis investigates the interplay between hypoxia—specifically, the activation of the hypoxia-inducible factor 1-alpha (HIF-1α) pathway in cholangiocyte nuclei (ischemic cholangiopathy)—and the morphological and functional alterations of primary cilia in cholangiocytes of BA patients. The methodological approach included immunohistochemical, immunofluorescence, and molecular analyses of liver samples obtained from patients undergoing portoenterostomy, detailed characterization of ciliary morphology using advanced digital imaging techniques, and correlation of these findings with clinical and laboratory parameters and post-operative outcomes, including native liver survival. The results demonstrated increased nuclear HIF-1α expression in cholangiocytes of BA patients, particularly in areas near the peribiliary vascular plexus and progenitor cell niches. This activation was absent in liver samples from control patients with other neonatal cholestases (non-BA), suggesting a specific role of hypoxia in BA pathogenesis. Furthermore, gene expression analysis revealed the upregulation of molecular pathways related to ductular reaction, oxidative stress, and angiogenesis, reinforcing the hypothesis that hypoxia actively contributes to bile duct injury and tissue remodeling. These findings justify further studies focused on the mechanisms involved in HIF-1α activation and the clinical effects of hypoxia and/or oxidative stress on cholangiocytes. Additionally, the characterization of primary cilia in cholangiocytes revealed significant structural alterations in BA patient samples. A reduction in ciliary length and a possible disruption in the transport of acetylated tubulin 4α—a key marker of ciliary stability— from the cytoplasm to the cilium was observed. These alterations were associated with worse clinical outcomes, including a significant reduction in native liver survival. Regarding the association between hypoxia and ciliopathy, the co-localization of HIF- 1α and TUBA4A in BA samples suggests an inverse relationship between HIF-1α positivity and the presence of primary cilia on the luminal membrane of cholangiocytes, both in the portal tract and other microanatomical regions of the liver. Quantitative analysis of ciliary characteristics showed that biliary cells without hypoxic features maintained primary cilia integrity, suggesting that hypoxia may negatively impact ciliary formation or maintenance. The correlation between HIF-1α activation and ciliary dysfunction implies that hypoxia not only promotes inflammation and fibrosis but also compromises the structural and functional integrity of primary cilia, exacerbating disease progression. These findings offer new insights into the pathophysiological mechanisms underlying BA, suggesting that HIF-1α activation and ciliary dysfunction may serve as relevant biomarkers for prognosis and potential therapeutic targets. Identifying these molecular alterations not only facilitates the prediction of clinical outcomes but also opens avenues for innovative interventions aimed at modulating the hypoxic response and restoring ciliary function to improve liver survival and patient quality of life. Overall, this work advances the understanding of the relationship between hypoxia, ciliary dysfunction, and cholangiopathy in BA, paving the way for new research directions to develop more effective diagnostic and therapeutic strategies that mitigate the effects of hypoxia and preserve liver function in pediatric patients with this condition. | eng |
| dc.description.abstract | A atresia biliar (AB) é uma colangiopatia neonatal rara caracterizada pela obstrução progressiva dos ductos biliares extra-hepáticos, levando a colestase, fibrose hepática e, frequentemente, à necessidade de transplante hepático. Embora os bebés afetados pareçam clinicamente saudáveis ao nascer, as evidências laboratoriais de colestase já são observáveis. Apesar dos avanços na compreensão dos mecanismos fisiopatológicos subjacentes, a etiologia da AB permanece incerta, com hipóteses causais que vão desde infeções virais e desregulação imunológica a predisposições genéticas e anomalias vasculares. Evidências recentes sugerem que a hipóxia e a disfunção dos cílios primários dos colangiócitos podem desempenhar um papel central na patogenicidade da AB, influenciando a progressão de colangiopatia e os desfechos clínicos. Esta tese investiga a interligação entre a hipóxia, mais propriamente, a ativação da via do fator induzido por hipóxia 1-alfa (HIF-1α) no núcleo de colangiócitos (colangiopatia isquémica) e as alterações morfológicas e funcionais dos cílios primários em colangiócitos de pacientes com AB. A abordagem metodológica incluiu a análise imunohistoquímica, imunofluorescente e molecular de amostras hepáticas obtidas de pacientes submetidos a portoenterostomia, a caracterização detalhada da morfologia ciliar por técnicas avançadas de imagem digital, e a correlação desses resultados com parâmetros clínico-laboratoriais e desfechos pós-operatórios, incluindo a sobrevivência do fígado nativo. Os resultados obtidos demonstraram um aumento da expressão nuclear de HIF-1α em colangiócitos de pacientes com AB, especialmente em áreas próximas ao plexo vascular peribiliar e em nichos de células progenitoras. Esta ativação não foi observada nas amostras de fígado utilizadas como controlo (pacientes com colestases neonatais, não AB), sugerindo um papel específico da hipóxia na patogénese da AB. Além disso, a análise de expressão génica revelou a sobre-regulação de vias moleculares relacionadas com a reação ductular, o stress oxidativo e a angiogénese, reforçando a hipótese de que a hipóxia desempenha um papel ativo na lesão biliar e na remodelação tecidual. Estes resultados justificam estudos adicionais focados nos mecanismos envolvidos na ativação da via HIF-1alfa e no papel e efeitos clínicos da hipoxia e/ou stress oxidativo que afetam os colangiócitos. Em paralelo, a caracterização dos cílios primários em colangiócitos demonstrou alterações estruturais significativas em amostras de pacientes com AB. Observou-se uma redução no comprimento ciliar e um possível distúrbio no transporte da tubulina 4α-acetilada, um marcador chave da estabilidade ciliar, do citoplasma para o cílio. Estas alterações associaram-se ainda a piores desfechos clínicos, com uma redução significativa da sobrevivência do fígado nativo. Relativamente à associação da hipóxia com ciliopatia, a co-localização de HIF-1α e TUBA4A em amostras de AB, sugere uma associação inversa entre a positividade de HIF-1α e a presença de cílios primários na membrana luminal dos colangiócitos, tanto nas células biliares dos tratos portais como noutras áreas microanatómicas do fígado. A análise quantitativa das características ciliares mostrou que as células biliares sem características hipóxicas apresentaram preservação do cilio primário, sugerindo que a hipoxia pode ter um impacto negativo na formação ou manutenção do cilio primário. A correlação entre a ativação do HIF-1α e as disfunções ciliares sugere que a hipóxia não só promove a inflamação e a fibrose, como também compromete a integridade estrutural e funcional dos cílios primários, agravando a progressão da doença. Estes resultados oferecem novas perspetivas para a compreensão dos mecanismos fisiopatológicos subjacentes à AB, sugerindo que a ativação do HIF-1α e as disfunções ciliares podem constituir biomarcadores relevantes para o prognóstico e potenciais alvos terapêuticos. A identificação dessas alterações moleculares permite não só antecipar a evolução clínica dos pacientes, como também explorar intervenções inovadoras que visem modular a resposta hipóxica e restaurar a função ciliar, com o objetivo de melhorar a sobrevivência hepática e a qualidade de vida dos doentes. No conjunto, este trabalho contribui para o entendimento aprofundado da relação entre hipóxia, disfunção ciliar e colangiopatia na AB, abrindo novas linhas de investigação para o desenvolvimento de estratégias diagnósticas e terapêuticas mais eficazes, que possam mitigar os efeitos da hipóxia e preservar a função hepática em pacientes pediátricos com esta condição. | por |
| dc.description.sponsorship | The experimental work presented in this thesis was carried out at the Health Sciences Research Center of the Faculty of Health Sciences of the University of Beira Interior (CICS-UBI) and at the Pathological Anatomy Laboratory of the University Hospital of Coimbra (CHUC). The collection of human samples was carried out and funded by the Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Brazil. This work was supported by the project: “The role of ischemic cholangiopathy in situations of liver dysfunction” (POCI-01-0145- FEDER-028956) and by the doctorate fellowship granted to the author Patrícia Quelhas by the Foundation for Science and Technology (FCT), 2020.06598.BD. | |
| dc.identifier.tid | 101714076 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.6/19726 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.relation | Ciliopathy in Cholangiocytes of biliary atresia patients – association with ischemic cholangiopathy, patterns of ductular reaction and disease severity | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ | |
| dc.subject | Atresia Biliar | |
| dc.subject | Hipóxia | |
| dc.subject | Colangiopatia Isquémica | |
| dc.subject | HIF-1α | |
| dc.subject | Ciliopatia | |
| dc.subject | Cílios Primários | |
| dc.subject | Tubulina | |
| dc.subject | Biliary Atresia | |
| dc.subject | Hypoxia | |
| dc.subject | Ischemic Cholangiopathy | |
| dc.subject | Ciliopathy | |
| dc.subject | Primary Cilia | |
| dc.subject | Tubulin | |
| dc.title | Ciliopathy in cholangiocytes of biliary atresia patients – association with ischemic cholangiopathy, patterns of ductular reaction and disease severity | por |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oaire.awardTitle | Ciliopathy in Cholangiocytes of biliary atresia patients – association with ischemic cholangiopathy, patterns of ductular reaction and disease severity | |
| oaire.awardURI | http://hdl.handle.net/10400.6/19725 | |
| person.familyName | Quelhas | |
| person.givenName | Patrícia Alexandra Silveira | |
| person.identifier.ciencia-id | 2316-8C6B-1212 | |
| person.identifier.orcid | 0000-0001-8131-3081 | |
| relation.isAuthorOfPublication | e1bcffde-242d-4fa2-ac97-a1ef57666921 | |
| relation.isAuthorOfPublication.latestForDiscovery | e1bcffde-242d-4fa2-ac97-a1ef57666921 | |
| relation.isProjectOfPublication | 02300b78-cbf6-4951-857e-2ffb91deab70 | |
| relation.isProjectOfPublication.latestForDiscovery | 02300b78-cbf6-4951-857e-2ffb91deab70 | |
| thesis.degree.name | Doutoramento em Biomedicina |