Estudos têm demonstrado que o microambiente tumoral é rico em ATP e adenosina, sugerindo o envolvimento da sinalização purinérgica no desenvolvimento e/ou manutenção do câncer. Ainda, o receptor purinérgico P2X7, conhecido pelo seu papel na indução de apoptose, encontra-se reduzido em alguns tecidos tumorais em comparação aos tecidos saudáveis, indicando que a sua redução possa ser um mecanismo de resistência celular à apoptose. Dessa forma, compreender o papel da sinalização purinérgica no contexto do câncer se torna indispensável e permite que novas abordagens terapêuticas sejam implementadas. Nesse trabalho, avaliamos a função dos nucleotídeos e nucleosídeos da adenina, bem como do receptor P2X7 na indução da morte celular em células de câncer cervical. Também verificamos o efeito do heat shock na potencialização da atividade do receptor P2X7 frente à curta exposição ao ATP em células de câncer de cólon. De acordo com os nossos resultados, o efeito citotóxico do ATP extracelular nas linhagens de câncer cervical é mediado principalmente pela ação do seu metabólito adenosina, que ao entrar no interior das células, promove o aumento dos níveis intracelulares de AMP, ativação de AMPK, aumento da p53 e indução de autofagia. O papel do receptor P2X7 nesse contexto parece ser apenas coadjuvante, visto que o seu bloqueio ou silenciamento impediu em apenas 20% a morte celular. Além disso, utilizando células de câncer de cólon, nós demonstramos que o heat shock aumenta a funcionalidade do receptor P2X7, independente da interação com heat shock proteins ou canais do tipo conexina/panexina, potencializando o efeito citotóxico do ATP. Esse efeito parece estar relacionado à mudanças na composição e arquitetura da membrana celular, visto que o uso do agente fluidizador de membrana benzil álcool foi capaz de mimetizar o efeito do heat shock na potencialização do receptor P2X7 a 37ºC. Este estudo fornece evidências adicionais sobre o papel da sinalização purinérgica no contexto da biologia celular tumoral e abre novas perspectivas para o uso dos nucleotídeos de adenina associados a hipertermia como agentes adjuvantes na terapia do câncer. / The tumor microenvironment is rich in ATP and adenosine, suggesting an involvement for purinergic signaling in cancer development and surveillance. The P2X7 receptor, among the P2 purinergic receptors, is broadly recognized as the “death receptor”, because it promotes cell apoptosis when exposed to high levels of extracellular ATP. Researches have been shown that P2X7 protein levels are decreased at the tumor site in comparison to adjacent healthy tissue, suggesting a mechanism of tumor escape to cell death. Thus, understanding purinergic signaling in a cancer context becomes urgent and opens a new field for therapeutic strategies. Here, we evaluated adenine nucleotides and nucleosides cytotoxicity, as well as P2X7 role in cell death induction using cervical cancer cell lines. Indeed, we investigated heat shock effect on P2X7 functionality through exposing colon cancer cell shortly to ATP at 40ºC. According to our data, adenosine uptake formed from ATP metabolism is the main responsible for the extracellular ATP cytotoxicity in cervical cancer cells. While inside of the cell, adenosine is converted to AMP, leading to AMPK activation, p53 increase and autophagy induction. ATP induced cell death per se through P2X7 in this context seems to be less important, since P2X7 blockage or knocking down reduced only 20% of cell death. In colon cancer cells, we found that heat shock stress was able to increase P2X7 pore formation independently of heat shock protein interaction or native pore-forming transporters association (e.g pannexin-or connexin-type channels), thus leading to an increase ATP cytotoxicity. The mechanism enrolled in this process seems to be related to changes in the lipid composition and architecture of membrane, as the membrane fluidizer benzyl alcohol could reproduce heat stress effect in potentiating P2X7 activation at 37ºC. In conclusion, our work provides further evidence for a purinergic signaling role in the cancer biology context and opens new perspectives for the utility of purine-based drugs associated to hypertermia as adjunctive agents in cancer therapy.

Estudos têm demonstrado que o microambiente tumoral é rico em ATP e adenosina, sugerindo o envolvimento da sinalização purinérgica no desenvolvimento e/ou manutenção do câncer. Ainda, o receptor purinérgico P2X7, conhecido pelo seu papel na indução de apoptose, encontra-se reduzido em alguns tecidos tumorais em comparação aos tecidos saudáveis, indicando que a sua redução possa ser um mecanismo de resistência celular à apoptose. Dessa forma, compreender o papel da sinalização purinérgica no contexto do câncer se torna indispensável e permite que novas abordagens terapêuticas sejam implementadas. Nesse trabalho, avaliamos a função dos nucleotídeos e nucleosídeos da adenina, bem como do receptor P2X7 na indução da morte celular em células de câncer cervical. Também verificamos o efeito do heat shock na potencialização da atividade do receptor P2X7 frente à curta exposição ao ATP em células de câncer de cólon. De acordo com os nossos resultados, o efeito citotóxico do ATP extracelular nas linhagens de câncer cervical é mediado principalmente pela ação do seu metabólito adenosina, que ao entrar no interior das células, promove o aumento dos níveis intracelulares de AMP, ativação de AMPK, aumento da p53 e indução de autofagia. O papel do receptor P2X7 nesse contexto parece ser apenas coadjuvante, visto que o seu bloqueio ou silenciamento impediu em apenas 20% a morte celular. Além disso, utilizando células de câncer de cólon, nós demonstramos que o heat shock aumenta a funcionalidade do receptor P2X7, independente da interação com heat shock proteins ou canais do tipo conexina/panexina, potencializando o efeito citotóxico do ATP. Esse efeito parece estar relacionado à mudanças na composição e arquitetura da membrana celular, visto que o uso do agente fluidizador de membrana benzil álcool foi capaz de mimetizar o efeito do heat shock na potencialização do receptor P2X7 a 37ºC. Este estudo fornece evidências adicionais sobre o papel da sinalização purinérgica no contexto da biologia celular tumoral e abre novas perspectivas para o uso dos nucleotídeos de adenina associados a hipertermia como agentes adjuvantes na terapia do câncer. / The tumor microenvironment is rich in ATP and adenosine, suggesting an involvement for purinergic signaling in cancer development and surveillance. The P2X7 receptor, among the P2 purinergic receptors, is broadly recognized as the “death receptor”, because it promotes cell apoptosis when exposed to high levels of extracellular ATP. Researches have been shown that P2X7 protein levels are decreased at the tumor site in comparison to adjacent healthy tissue, suggesting a mechanism of tumor escape to cell death. Thus, understanding purinergic signaling in a cancer context becomes urgent and opens a new field for therapeutic strategies. Here, we evaluated adenine nucleotides and nucleosides cytotoxicity, as well as P2X7 role in cell death induction using cervical cancer cell lines. Indeed, we investigated heat shock effect on P2X7 functionality through exposing colon cancer cell shortly to ATP at 40ºC. According to our data, adenosine uptake formed from ATP metabolism is the main responsible for the extracellular ATP cytotoxicity in cervical cancer cells. While inside of the cell, adenosine is converted to AMP, leading to AMPK activation, p53 increase and autophagy induction. ATP induced cell death per se through P2X7 in this context seems to be less important, since P2X7 blockage or knocking down reduced only 20% of cell death. In colon cancer cells, we found that heat shock stress was able to increase P2X7 pore formation independently of heat shock protein interaction or native pore-forming transporters association (e.g pannexin-or connexin-type channels), thus leading to an increase ATP cytotoxicity. The mechanism enrolled in this process seems to be related to changes in the lipid composition and architecture of membrane, as the membrane fluidizer benzyl alcohol could reproduce heat stress effect in potentiating P2X7 activation at 37ºC. In conclusion, our work provides further evidence for a purinergic signaling role in the cancer biology context and opens new perspectives for the utility of purine-based drugs associated to hypertermia as adjunctive agents in cancer therapy.

Estudos têm demonstrado que o microambiente tumoral é rico em ATP e adenosina, sugerindo o envolvimento da sinalização purinérgica no desenvolvimento e/ou manutenção do câncer. Ainda, o receptor purinérgico P2X7, conhecido pelo seu papel na indução de apoptose, encontra-se reduzido em alguns tecidos tumorais em comparação aos tecidos saudáveis, indicando que a sua redução possa ser um mecanismo de resistência celular à apoptose. Dessa forma, compreender o papel da sinalização purinérgica no contexto do câncer se torna indispensável e permite que novas abordagens terapêuticas sejam implementadas. Nesse trabalho, avaliamos a função dos nucleotídeos e nucleosídeos da adenina, bem como do receptor P2X7 na indução da morte celular em células de câncer cervical. Também verificamos o efeito do heat shock na potencialização da atividade do receptor P2X7 frente à curta exposição ao ATP em células de câncer de cólon. De acordo com os nossos resultados, o efeito citotóxico do ATP extracelular nas linhagens de câncer cervical é mediado principalmente pela ação do seu metabólito adenosina, que ao entrar no interior das células, promove o aumento dos níveis intracelulares de AMP, ativação de AMPK, aumento da p53 e indução de autofagia. O papel do receptor P2X7 nesse contexto parece ser apenas coadjuvante, visto que o seu bloqueio ou silenciamento impediu em apenas 20% a morte celular. Além disso, utilizando células de câncer de cólon, nós demonstramos que o heat shock aumenta a funcionalidade do receptor P2X7, independente da interação com heat shock proteins ou canais do tipo conexina/panexina, potencializando o efeito citotóxico do ATP. Esse efeito parece estar relacionado à mudanças na composição e arquitetura da membrana celular, visto que o uso do agente fluidizador de membrana benzil álcool foi capaz de mimetizar o efeito do heat shock na potencialização do receptor P2X7 a 37ºC. Este estudo fornece evidências adicionais sobre o papel da sinalização purinérgica no contexto da biologia celular tumoral e abre novas perspectivas para o uso dos nucleotídeos de adenina associados a hipertermia como agentes adjuvantes na terapia do câncer. / The tumor microenvironment is rich in ATP and adenosine, suggesting an involvement for purinergic signaling in cancer development and surveillance. The P2X7 receptor, among the P2 purinergic receptors, is broadly recognized as the “death receptor”, because it promotes cell apoptosis when exposed to high levels of extracellular ATP. Researches have been shown that P2X7 protein levels are decreased at the tumor site in comparison to adjacent healthy tissue, suggesting a mechanism of tumor escape to cell death. Thus, understanding purinergic signaling in a cancer context becomes urgent and opens a new field for therapeutic strategies. Here, we evaluated adenine nucleotides and nucleosides cytotoxicity, as well as P2X7 role in cell death induction using cervical cancer cell lines. Indeed, we investigated heat shock effect on P2X7 functionality through exposing colon cancer cell shortly to ATP at 40ºC. According to our data, adenosine uptake formed from ATP metabolism is the main responsible for the extracellular ATP cytotoxicity in cervical cancer cells. While inside of the cell, adenosine is converted to AMP, leading to AMPK activation, p53 increase and autophagy induction. ATP induced cell death per se through P2X7 in this context seems to be less important, since P2X7 blockage or knocking down reduced only 20% of cell death. In colon cancer cells, we found that heat shock stress was able to increase P2X7 pore formation independently of heat shock protein interaction or native pore-forming transporters association (e.g pannexin-or connexin-type channels), thus leading to an increase ATP cytotoxicity. The mechanism enrolled in this process seems to be related to changes in the lipid composition and architecture of membrane, as the membrane fluidizer benzyl alcohol could reproduce heat stress effect in potentiating P2X7 activation at 37ºC. In conclusion, our work provides further evidence for a purinergic signaling role in the cancer biology context and opens new perspectives for the utility of purine-based drugs associated to hypertermia as adjunctive agents in cancer therapy.

Le paludisme est causé par l'infection et la destruction des érythrocytes par les parasites protozoaires appartenant au genre Plasmodium. Au cours de son développement dans l'érythrocyte,Plasmodium falciparum requiert la biosynthèse massive de membranes dont les principaux constituants lipidiques sont des phospholipides. La phosphatidylcholine (PC) et la phosphatidyléthanolamine (PE) représentent à elles deux environ 80 % des lipides membranaires et l'inhibition de leur biosynthèse est létale pour le parasite. La PC et la PE sont synthétisées par le parasite, principalement via les voies de novo dépendantes de la CDP-choline et de la CDP-éthanolamine (ou voies de Kennedy) en utilisant respectivement la choline et l'éthanolamine comme précurseurs. Ces travaux de thèse se focalisent sur les deux enzymes CTP:phosphocholine etCTP:phosphoéthanolamine cytidylyltransférase (PfCCT et PfECT, respectivement), catalysant les étapes limitantes des voies de Kennedy. Chez Plasmodium, les CCT et ECT possèdent deux domaines cytidylyltransférases (CT) portant l'activité catalytique, séparés par une longue région de liaison. Pour la CCT, cette duplication est retrouvée seulement chez trois organismes, tous faisant partie du phylumdes Apicomplexes : Babesia, Theileria et Plasmodium, alors que la présence de deux domaines CT estune caractéristique retrouvée chez toutes les ECT étudiées à ce jour. La première partie de ce travail de thèse concerne la caractérisation biochimique et l'inhibition la PfCCT Nous avons montré que les deux domaines CT de la PfCCT sont actifs à l'inverse de la PfECT pour laquelle seul le domaine CTN-terminal est catalytiquement actif. A la suite d'un criblage virtuel basé sur la structure de l'enzyme,nous avons identifié un composé princeps capable d'inhiber l'activité de la PfCCT in vitro, la synthèse de PC et la croissance parasitaire. Ce premier composé actif (haut µM) représente une base pour l'optimisation future de nouveaux composés plus efficaces. Dans la deuxième partie de cette thèse,nous avons déterminé le mécanisme catalytique, la spécificité de liaison des ligands et l'organisation structurale de la PfECT grâce à la combinaison d'approches biochimiques et biophysiques. L'ensemble des résultats présentés dans ce manuscrit apportent un éclairage important concernant le fonctionnement de ces deux cibles potentielles et constituent des étapes essentielles à l'élaboration d'une approche thérapeutique. / Malaria is caused by the infection and destruction of red blood cells by protozoan parasitesbelonging to the genus Plasmodium. During its intra-erythrocytic development, Plasmodiumfalciparum requires massive biosynthesis of membranes which are mainly composed of phospholipids.Phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylethanolamine (PE) together represent about 80% of thetotal membrane lipids and inhibition of their biosynthesis leads to parasite death. PC and PE aresynthesized by the parasite's machinery mainly through the de novo CDP-choline and CDPethanolamine(Kennedy) pathways using respectively choline and ethanolamine as precursors. Thisstudy focuses on the rate limiting steps of these pathways catalyzed by CTP:phosphocholine andCTP:phosphoethanolamine cytidylytransferases (PfCCT and PfECT, respectively). In Plasmodiumspecies, both CCT and ECT contain two catalytic cores (CT domains) separated by a long linker.Interestingly, for CCT this feature is found only in three organisms, all from the phylum ofApicomplexa: Babesia, Theileria and Plasmodium, whereas the presence of two CT domains is ageneral feature in all ECTs known so far. The first part of this work consists in the biochemicalcharacterization of PfCCT and the investigation of its druggability. We showed that both PfCCT CTdomains are active and display similar kinetic parameters while only the N-terminal CT domain wasactive in PfECT. Subsequent to an in silico structure-based screening of compounds libraries, weidentified a PfCCT inhibitor able to inhibit PC synthesis as well as P. falciparum growth in vitro in thehigh µM range. This compound represents a first step toward the optimization of future more potentcompounds. In the second part of this study, we investigated the catalytic mechanism of PfECT anddeciphered its interactions with its ligands using biochemical, biophysical and structural approaches.Collectively, these results bring new insights into the biochemical and structural properties of thesetwo keys enzymes of the phospholipid metabolism in P. falciparum and pave the way for their futuredevelopment as potential drug target.