Choline

La choline, ou hydroxy-2-éthyl-triméthylazanium de son nom savant, est connue depuis le milieu du XIXe siècle. Et pourtant, sa fonction est toujours l’objet d’études, car au cœur de nombreux processus biologiques.

La choline est le précurseur d’une part de l’acétylcholine (important neurotransmetteur et neuromodulateur) et d’autre part de la cascade initiée par la bétaïne (intermédiaire dans la méthylation biologique et précurseur de lipides membranaires). En cela, elle est considérée, par extension, comme partie intégrante de la famille des vitamines B, dont fait partie l’acide folique.

Le nom « choline » vient du grec kholê, bile, car c’est d’abord dans le foie qu’elle a été extraite par le chimiste allemand Adolph Strecker en 1868 (puis, peu après, dans le cerveau où sa concentration est beaucoup plus importante). La choline, C4H14NO, est présente dans les végétaux, les graisses animales et le jaune d’oeuf, essentiellement sous forme de phosphatidylcholine ou de sphingomyéline. Une biosynthèse endogène par trans-méthylation de l’éthanolamine a été démontrée.

La choline diminue l’accumulation de lipides dans le foie des animaux diabétiques. L’inositol, la méthionine, la vitamine B12, l’acide folique agissent comme la choline et renforcent son action. Comme supplément alimentaire, elle est mieux absorbée sous forme de glycérophosphocholine.

La pénétration de choline dans le cerveau est dépendante de sa concentration plasmatique. Quand celle-ci augmente, sa concentration et celle d’acétylcholine augmentent dans le cerveau. Cette constatation a été à l’origine de divers essais de traitement de la maladie d’Alzheimer où une déficience en acétylcholine existe. Son rôle hépatoprotecteur a été mis en évidence sur des animaux rendus diabétiques par pancréatectomie. Elle intervient dans la synthèse du facteur d’activation plaquettaire (PAF). Chez le rat, une déficience en choline pendant la gestation provoque dans la descendance des troubles de l’apprentissage pendant toute la vie, probablement par déficit induit en acétylcholine.

L’acétylcholine et la naissance de la neurochimie

L’acétylcholine (ACh) est l’ester de la choline, biosynthétisé par l’acétylcholinestérase, et stocké dans des vésicules synaptiques (et synthétisé dès 1867 par chauffage de choline et d’anhydride acétique). Henry Dale découvrit que l’acétylcholine agissait sur de nombreuses fonctions physiologiques. Il purifiera ensuite l’acétylcholine à partir de rates de chevaux, et c’est le pharmacologue allemand Otto Loewi qui démontrera que les substances chimiques qui régulent le rythme cardiaque sont produites par les nerfs (il l’appela d’abord Vagusstoff pour son action sur le système vagal). L’acétylcholine intervient sur le cœur et les vaisseaux, c’est-à-dire ralentit le cœur, dilate les artérioles, fait baisser la tension artérielle, mais aussi contracter l’intestin et les bronches et accroître les sécrétions hormonales.

L’acétylcholine (comme la sérotonine) est à la fois un neuromodulateur et un neurotransmetteur. La notion de neuromodulateur est relativement récente. Un neurotransmetteur est réabsorbé par un neurone pré-synaptique, et/ou métabolisé, d’où une transmission synaptique très rapide. Les neuromodulateurs, quant à eux, passent un temps « conséquent » dans le fluide cérébrospinal, extracellulaire. Ils peuvent ainsi diffuser pour influencer de nombreux neurones, modulant l’activité du cerveau.

L’acétylcholine joue à la fois sur le système nerveux périphérique (SNP) et sur le système nerveux central (SNC). Il agit comme neuromodulateur dans les deux systèmes. Sur le SNP, il active des effets muscariniques, c’est-à-dire analogues à ceux de la muscarine, alcaloïde naturel isolée du champignon toxique Amanita muscaria et des effets nicotiniques (cf. Nicotine). Les récepteurs muscariniques, des protéines, sont de type cholinergique et situés sur la membrane du neurone.
Le système cholinergique est entre autres impliqués dans l’éveil, l’attention et la notion de récompense (états physiologiques et psychologiques qui consistent à être attentif et/ou réactif aux stimuli), mais aussi la sexualité, l’agressivité, la colère, et la soif.

Il influence l’apprentissage, la mémoire à court terme, et la maladie d’Alzheimer serait associée à un manque d’acétylcholine dans certaines régions du cerveau. Les neurotransmetteurs les plus souvent trouvés dans le cerveau sont le glutamate, un excitateur et le GABA, un inhibiteur (cf. GABA). Les neuromodulateurs, également stockés dans des vésicules, sont principalement la dopamine (cf. Dopamine), la sérotonine, l’histamine et l‘acétylcholine.

Après avoir été larguée dans la fente synaptique et s’être fixée sur ses récepteurs, l’acétylcholine peut être désactivée par une enzyme, l’acétylcholenistérase. C’est en voyant un poisson torpille à la Foire internationale de Paris en 1937, que le neurochimiste David Nachmansohn, eut l’idée de rechercher cette enzyme dans l’organe électrique de l’animal : en moins d’une heure, un gramme de tissu pouvait déjà hydrolyser des quantités énormes d’acétylcholine. Découverte majeure que celle de l’action des synapses cholinergiques producteurs d’électricité, suivie de la première synthèse de l’acétylcholine, purification des récepteurs de l’acétylcholine et de la acétylcholine estérase, identification des protéines de la densité post-synaptique, purification puis clonage de vésicules synaptiques cholinergiques et de protéines correspondantes…

Les méthodologies mises en œuvre et les données obtenues à partir de la transmission cholinergique furent ensuite transposées à d’autres types de transmission. C’est pour cette découverte révolutionnaire sur la transmission chimique des signaux nerveux, aube de la neurochimie, que Henry Dale et Otto Leowi reçurent le prix Nobel de médecine et de physiologie en 1936.

La bétaïne et sa cascade

Les bétaïnes elles-mêmes, comme la choline, la muscarine, la neurine, sont des zwitterions possédant un ion ammonium quaternaire, et sont considérées comme des alcaloïdes. On les trouve dans divers végétaux et bactéries, où elles jouent le rôle d’osmorégulateur et/ou de cryoprotecteur : résistance au froid, au sel, au stress hydrique, à la chaleur… La glycine bétaïne joue un grand rôle dans le cycle du soufre du phytoplancton matin.

Ce sont des donneurs de groupe méthyle en milieu biologique, donc essentiels dans de nombreux processus biosynthétiques. Leur addition améliore l’amplification de l’ADN (cf. ADN) en diminuant la formation de structures secondaires dans les régions riches en GC et augmenterait la spécificité des polymérases.

Avant même la découverte de la choline, Théodore Gobley, chimiste et pharmacologue français, poursuivait des travaux entrepris dès 1846, le conduisant rapidement à la découverte de la lécithine (du grec ancien λέκιθος, lekithos, jaune d’œuf), puis à la démonstration de son ubiquité, et enfin à sa structure, caractéristique de tous les phosphatidylcholines : une tête choline associée à un acide phospho-glycérique et un acide gras insaturé.

Caractérisée par son groupe ammonium quaternaire, la choline est la tête polaire, hydrophile (donc située vers l’extérieur de la cellule) des phospholipides, constitutifs des bicouches, base des membranes cellulaires. Leur partie hydrophobe, constituée d’acides gras saturés ou insaturés (queue hydrophobe), est située à l’intérieur de cellule. Dans la membrane biologique, les phospholipides sont accompagnés de glycolipides et de cholestérol (cf. Cholestérol) et sont responsables de la fluidité membranaire.

La citicoline, ester de la cytidine pyrophosphate et de la choline, agirait comme donneur de choline et protégerait la membrane cellulaire.

Les sphingomyélines, constituées de phosphocholine substituée par un acide gras (comme les phosphatidylcholines) ou de sphingosine (en noir ci-dessous), sont trouvées dans les enveloppes qui entourent les axones des cellules des cellules nerveuses animales. Leur rôle n’est pas encore très bien compris, mais leur accumulation entraîne des lésions neurologiques irréversibles.

Enfin, n’oublions pas qu’il existe d’autres familles de bétaïnes comme celles basées sur des ions phosphonium qui sont des intermédiaires dans la réaction de Wittig, pour laquelle, avec Herbert C. Brown, Georg Wittig reçut le Prix Nobel de Chimie en 1979.

Pensée du jour
« Petite, mais vaillante, la choline n’en finit pas de nous épater. »

Sources

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