Caféine : des effets à long terme sur les cellules du cerveau

La consommation régulière de caféine modifie durablement le fonctionnement moléculaire des cellules de l’hippocampe, siège de la mémoire dans le cerveau. Cela se traduit par une plus grande plasticité neuronale, susceptible de faciliter les apprentissages et d’améliorer la mémoire.

Nombreuses sont les personnes qui boivent du café. Certaines le font par goût, et beaucoup pour les propriétés stimulantes de la caféine. En effet, cette dernière accroît la vigilance et la concentration dans les heures qui suivent sa consommation. Elle a par ailleurs un effet sur la mémoire : plusieurs études épidémiologiques et expérimentales attestent d’un bénéfice en cas de maladie d’Alzheimer. Une étude de phase 3 a même été lancée en 2021, à Lille, pour évaluer l’effet de la caféine sur les fonctions cognitives de patients atteints de forme débutante ou modérée de cette maladie neurodégénérative (étude CAFCA). Pour autant, les mécanismes moléculaires sous-jacents demeuraient méconnus. C’est pourquoi les équipes de David Blum, au centre de recherche Lille neuroscience & cognition*, et d’Anne-Laurence Boutillier, au Laboratoire de neurosciences cognitives et adaptatives de Strasbourg**, ont décidé de s’attaquer à cette question en étudiant les effets d’une consommation chronique de caféine chez la souris. « Il y a eu beaucoup de travaux sur cette substance, mais qui portaient le plus souvent sur des consommations aiguës, c’est-à-dire ponctuelles, et non sur une consommation chronique telle qu’on l’observe habituellement. En outre, ces travaux ne renseignent pas sur les changements moléculaires induits en aval, une fois que la caféine est fixée sur ses récepteurs dans le cerveau. L’objectif de notre projet était de comprendre tout cela », expliquent-t-ils.

Dans le modèle expérimental de la souris, les chercheurs ont concentré leurs travaux sur l’hippocampe, une structure cérébrale qui constitue le siège principal de la mémoire et qui est affectée dans la maladie d’Alzheimer. Ils ont quotidiennement administré aux animaux, par voie orale, une dose modérée de caféine, à peu près équivalente à trois tasses de café par jour chez l’humain. Après deux semaines à ce régime, les chercheurs ont étudié les cellules de leur hippocampe, sans a priori. Ils ont analysé le profil d’expression de leurs gènes (analyses transcriptomiques), les modifications chimiques de protéines fixées sur leur ADN qui sont susceptibles de modifier cette expression (analyses épigénétiques), ou encore la nature des protéines et d’autres molécules présentes dans les cellules (protéomique et métabolomique). Ce travail a été réalisé chez des animaux au repos et chez d’autres, soumis à une tâche d’apprentissage. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux observés chez des souris qui n’avaient pas reçu de caféine.

Une plus grande flexibilité

Ces résultats, très riches sur le plan descriptif, permettent plusieurs observations. Tout d’abord, la caféine laisse bel et bien des « traces » moléculaires à long terme dans l’hippocampe, notamment sur le plan épigénétique. Et ces traces ne sont pas les mêmes selon les types cellulaires. Par exemple, certaines voies métaboliques semblent modulées à la baisse dans des cellules non neuronales de l’hippocampe (cellules gliales), alors que l’activité d’autres voies est à la hausse dans les neurones. Mais le plus intéressant concerne les observations effectuées en situation d’apprentissage.

« Comme attendu lors d’une tâche d’apprentissage, l’activité transcriptionnelle qui reflète le niveau d’expression des gènes augmente dans l’hippocampe. C’est normal puisque cette structure est mobilisée pour mémoriser cette tâche. Mais nous constatons que cette augmentation est beaucoup plus forte chez les animaux qui consomment de la caféine régulièrement. En regardant de plus près, les voies métaboliques réduites par la caféine dans les cellules gliales lorsque les animaux sont au repos sont finalement activées en cas d’apprentissage. Et celles activées dans les neurones le sont encore plus fortement. Ces données suggèrent que la caféine agit comme un facilitateur de réponse de l’hippocampe à une tâche mnésique, grâce une action concertée au niveau des cellules neuronales et non neuronales », conclut David Blum.

Notes :
* unité 1172 Inserm/Université de Lille/CHU de Lille
** UMR7364 CNRS/Université de Strasbourg

Source : Isabel Paiva et coll. Caffeine intake exerts dual genome-wide effects on hippocampal metabolism and learning-dependent transcription. J Clin Invest, édition en ligne du 10 mai 2022.

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