Choline, glycine bétaïne pour la santé nerveuse ?

[Nutrimuscle-Conseils]

The glycine betaine role in neurodegenerative, cardiovascular, hepatic, and renal diseases: Insights into disease and dysfunction networks
Jesús A.Rosas-Rodríguez Life Sciences Volume 285, 15 November 2021

Highlights
• GB plays an essential role in osmoregulation, nutritional and health issues.
• Role of GB in health is related with its ability to interacts with genes and proteins.
• GB preserves body fluids during the urine concentrated formation process.
• GB prevents oxidative stress and homocysteine accumulation in several pathologies.

Glycine betaine (N, N, N-trimethyl amine) is an osmolyte accumulated in cells that is key for cell volume and turgor regulation, is the principal methyl donor in the methionine cycle and is a DNA and proteins stabilizer. In humans, glycine betaine is synthesized from choline and can be obtained from some foods. Glycine betaine (GB) roles are illustrated in chemical, metabolic, agriculture, and clinical medical studies due to its chemical and physiological properties. Several studies have extensively described GB role and accumulation related to specific pathologies, focusing mainly on analyzing its positive and negative role in these pathologies. However, it is necessary to explain the relationship between glycine betaine and different pathologies concerning its role as an antioxidant, ability to methylate DNA, interact with transcription factors and cell receptors, and participate in the control of homocysteine concentration in liver, kidney and brain.

This review summarizes the most important findings and integrates GB role in neurodegenerative, cardiovascular, hepatic, and renal diseases. Furthermore, we discuss GB impact on other dysfunctions as inflammation, oxidative stress, and glucose metabolism, to understand their cross-talks and provide reliable data to establish a base for further investigations.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Le rôle de la glycine bétaïne dans les maladies neurodégénératives, cardiovasculaires, hépatiques et rénales : aperçu des réseaux de maladies et de dysfonctionnements
Jesús A.Rosas-Rodríguez Sciences de la vie Volume 285, 15 novembre 2021

Points forts
• GB joue un rôle essentiel dans les problèmes d'osmorégulation, de nutrition et de santé.
• Le rôle de la GB dans la santé est lié à sa capacité à interagir avec les gènes et les protéines.
• GB préserve les fluides corporels pendant le processus de formation de l'urine concentrée.
• GB prévient le stress oxydatif et l'accumulation d'homocystéine dans plusieurs pathologies.

La glycine bétaïne (N, N, N-triméthylamine) est un osmolyte accumulé dans les cellules qui est essentiel pour la régulation du volume cellulaire et de la turgescence, est le principal donneur de méthyle dans le cycle de la méthionine et est un stabilisateur d'ADN et de protéines. Chez l'homme, la glycine bétaïne est synthétisée à partir de la choline et peut être obtenue à partir de certains aliments. Les rôles de la glycine bétaïne (GB) sont illustrés dans des études chimiques, métaboliques, agricoles et médicales cliniques en raison de ses propriétés chimiques et physiologiques. Plusieurs études ont largement décrit le rôle et l'accumulation de GB liés à des pathologies spécifiques, en se concentrant principalement sur l'analyse de son rôle positif et négatif dans ces pathologies. Cependant, il est nécessaire d'expliquer la relation entre la glycine bétaïne et différentes pathologies concernant son rôle d'antioxydant, sa capacité à méthyler l'ADN, à interagir avec les facteurs de transcription et les récepteurs cellulaires, et à participer au contrôle de la concentration d'homocystéine dans le foie, les reins et le cerveau.

Cette revue résume les résultats les plus importants et intègre le rôle de GB dans les maladies neurodégénératives, cardiovasculaires, hépatiques et rénales. De plus, nous discutons de l'impact de la GB sur d'autres dysfonctionnements tels que l'inflammation, le stress oxydatif et le métabolisme du glucose, afin de comprendre leurs interactions et de fournir des données fiables pour établir une base pour d'autres investigations.

[Nutrimuscle-Conseils]

Choline Supplementation Partially Restores Dendrite Structural Complexity in Developing Iron-Deficient Mouse Hippocampal Neurons
Thomas W Bastian, The Journal of Nutrition, 27 December 2021

Background
Fetal-neonatal iron deficiency causes learning/memory deficits that persist after iron repletion. Simplified hippocampal neuron dendrite structure is a key mechanism underlying these long-term impairments. Early-life choline supplementation, with postnatal iron repletion, improves learning/memory performance in formerly iron-deficient (ID) rats.

Objective
To understand how choline improves iron deficiency-induced hippocampal dysfunction, we hypothesized that direct choline supplementation of ID hippocampal neurons may restore cellular energy production and dendrite structure.

Methods
Embryonic mouse hippocampal neuron cultures were made ID with 9µM deferoxamine beginning at 3 days in vitro (DIV). At 11DIV, iron repletion (i.e., deferoxamine removal) was performed on a subset of ID cultures. These neuron cultures, and iron-sufficient (IS) control cultures, were treated with 30µM choline (or vehicle) between 11 and 18DIV. At 18DIV, the independent and combined effects of iron and choline treatments (two-factor ANOVA) on neuronal dendrite numbers, lengths and overall complexity and mitochondrial respiration and glycolysis were analyzed.

Results
Choline treatment of ID neurons (ID+Cho) significantly increased overall dendrite complexity (150, 160, 180 and 210µm from the soma) compared to untreated ID neurons to a level that was no longer significantly different from IS neurons. The average and total length of primary dendrites in ID+Cho neurons were significantly increased by ∼15% compared to ID neurons, indicating choline stimulation of dendrite growth. Measures of mitochondrial respiration, glycolysis and ATP production rates were not significantly altered in ID+Cho neurons compared to ID neurons, remaining significantly reduced compared to IS neurons. Iron repletion significantly improved mitochondrial respiration, ATP production rates, overall dendrite complexity (100-180µm from the soma) and dendrite and branch lengths compared to untreated ID neurons.

Conclusions
Since choline partially restores dendrite structure in ID neurons without iron repletion, it may have therapeutic potential when iron treatment is not possible or advisable. Choline's mechanism in ID neurons requires further investigation.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

La supplémentation en choline restaure partiellement la complexité structurelle des dendrites dans le développement de neurones hippocampiques de souris déficients en fer
Thomas W Bastian, The Journal of Nutrition, 27 décembre 2021

Fond
La carence en fer foeto-néonatale provoque des déficits d'apprentissage/mémoire qui persistent après la réplétion en fer. La structure simplifiée des dendrites des neurones de l'hippocampe est un mécanisme clé sous-jacent à ces déficiences à long terme. La supplémentation en choline au début de la vie, avec une réplétion en fer postnatale, améliore les performances d'apprentissage/mémoire chez les rats anciennement carencés en fer (ID).

Objectif
Pour comprendre comment la choline améliore le dysfonctionnement hippocampique induit par une carence en fer, nous avons émis l'hypothèse qu'une supplémentation directe en choline des neurones hippocampiques ID peut restaurer la production d'énergie cellulaire et la structure des dendrites.

Méthodes
Des cultures de neurones hippocampiques de souris embryonnaires ont été réalisées ID avec 9 uM de déféroxamine en commençant à 3 jours in vitro (DIV). À 11DIV, la réplétion en fer (c'est-à-dire l'élimination de la déféroxamine) a été réalisée sur un sous-ensemble de cultures ID. Ces cultures de neurones et les cultures témoins à teneur suffisante en fer (IS) ont été traitées avec 30 uM de choline (ou véhicule) entre 11 et 18DIV. À 18DIV, les effets indépendants et combinés des traitements au fer et à la choline (ANOVA à deux facteurs) sur le nombre, la longueur et la complexité globale des dendrites neuronales ainsi que sur la respiration mitochondriale et la glycolyse ont été analysés.

Résultats
Le traitement à la choline des neurones ID (ID + Cho) a significativement augmenté la complexité globale des dendrites (150, 160, 180 et 210 µm du soma) par rapport aux neurones ID non traités à un niveau qui n'était plus significativement différent des neurones IS. La longueur moyenne et totale des dendrites primaires dans les neurones ID+Cho était significativement augmentée de ∼15% par rapport aux neurones ID, indiquant une stimulation de la croissance des dendrites par la choline. Les mesures de la respiration mitochondriale, de la glycolyse et des taux de production d'ATP n'étaient pas significativement modifiées dans les neurones ID + Cho par rapport aux neurones ID, restant significativement réduites par rapport aux neurones IS. La réplétion en fer a considérablement amélioré la respiration mitochondriale, les taux de production d'ATP, la complexité globale des dendrites (100-180 µm du soma) et la longueur des dendrites et des branches par rapport aux neurones ID non traités.

Conclusion
Étant donné que la choline restaure partiellement la structure des dendrites dans les neurones ID sans réplétion en fer, elle peut avoir un potentiel thérapeutique lorsque le traitement par le fer n'est pas possible ou recommandé. Le mécanisme de la choline dans les neurones ID nécessite une enquête plus approfondie.

[Nutrimuscle-Conseils]

Choline Supplementation Partially Restores Dendrite Structural Complexity in Developing Iron-Deficient Mouse Hippocampal Neurons
Thomas W Bastian, The Journal of Nutrition, Volume 152, Issue 3, March 2022, Pages 747–757,

Background
Fetal-neonatal iron deficiency causes learning/memory deficits that persist after iron repletion. Simplified hippocampal neuron dendrite structure is a key mechanism underlying these long-term impairments. Early life choline supplementation, with postnatal iron repletion, improves learning/memory performance in formerly iron-deficient (ID) rats.

Objectives
To understand how choline improves iron deficiency–induced hippocampal dysfunction, we hypothesized that direct choline supplementation of ID hippocampal neurons may restore cellular energy production and dendrite structure.

Methods
Embryonic mouse hippocampal neuron cultures were made ID with 9 μM deferoxamine beginning at 3 d in vitro (DIV). At 11 DIV, iron repletion (i.e., deferoxamine removal) was performed on a subset of ID cultures. These neuron cultures and iron-sufficient (IS) control cultures were treated with 30 μM choline (or vehicle) between 11 and 18 DIV. At 18 DIV, the independent and combined effects of iron and choline treatments (2-factor ANOVA) on neuronal dendrite numbers, lengths, and overall complexity and mitochondrial respiration and glycolysis were analyzed.

Results
Choline treatment of ID neurons (ID + Cho) significantly increased overall dendrite complexity (150, 160, 180, and 210 μm from the soma) compared with untreated ID neurons to a level of complexity that was no longer significantly different from IS neurons. The average and total length of primary dendrites in ID + Cho neurons were significantly increased by ∼15% compared with ID neurons, indicating choline stimulation of dendrite growth. Measures of mitochondrial respiration, glycolysis, and ATP production rates were not significantly altered in ID + Cho neurons compared with ID neurons, remaining significantly reduced compared with IS neurons. Iron repletion significantly improved mitochondrial respiration, ATP production rates, overall dendrite complexity (100–180 μm from the soma), and dendrite and branch lengths compared with untreated ID neurons.

Conclusions
Because choline partially restores dendrite structure in ID neurons without iron repletion, it may have therapeutic potential when iron treatment is not possible or advisable. Choline's mechanism in ID neurons requires further investigation.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

La supplémentation en choline restaure partiellement la complexité structurelle des dendrites dans le développement de neurones hippocampiques de souris déficients en fer
Thomas W Bastian, The Journal of Nutrition, volume 152, numéro 3, mars 2022, pages 747–757,

Contexte
La carence en fer fœto-néonatale entraîne des déficits d'apprentissage/mémoire qui persistent après la réplétion en fer. La structure simplifiée des dendrites des neurones de l'hippocampe est un mécanisme clé sous-jacent à ces déficiences à long terme. La supplémentation en choline au début de la vie, avec réplétion postnatale en fer, améliore les performances d'apprentissage/mémoire chez les rats anciennement carencés en fer (ID).

Objectifs
Pour comprendre comment la choline améliore le dysfonctionnement hippocampique induit par la carence en fer, nous avons émis l'hypothèse qu'une supplémentation directe en choline des neurones hippocampiques ID pourrait restaurer la production d'énergie cellulaire et la structure des dendrites.

Méthodes
Des cultures de neurones hippocampiques de souris embryonnaires ont été faites ID avec 9 μM de déféroxamine en commençant à 3 jours in vitro (DIV). À 11 DIV, la réplétion en fer (c'est-à-dire l'élimination de la déféroxamine) a été effectuée sur un sous-ensemble de cultures ID. Ces cultures de neurones et cultures témoins à teneur suffisante en fer (IS) ont été traitées avec 30 μM de choline (ou véhicule) entre 11 et 18 DIV. À 18 DIV, les effets indépendants et combinés des traitements au fer et à la choline (ANOVA à 2 facteurs) sur le nombre, la longueur et la complexité globale des dendrites neuronales ainsi que sur la respiration et la glycolyse mitochondriales ont été analysés.

Résultats
Le traitement à la choline des neurones ID (ID + Cho) a augmenté de manière significative la complexité globale des dendrites (150, 160, 180 et 210 μm du soma) par rapport aux neurones ID non traités à un niveau de complexité qui n'était plus significativement différent des neurones IS. La longueur moyenne et totale des dendrites primaires dans les neurones ID + Cho a été significativement augmentée d'environ 15% par rapport aux neurones ID, indiquant une stimulation par la choline de la croissance des dendrites. Les mesures de la respiration mitochondriale, de la glycolyse et des taux de production d'ATP n'étaient pas significativement modifiées dans les neurones ID + Cho par rapport aux neurones ID, restant significativement réduites par rapport aux neurones IS. La réplétion en fer a considérablement amélioré la respiration mitochondriale, les taux de production d'ATP, la complexité globale des dendrites (100 à 180 μm du soma) et les longueurs des dendrites et des branches par rapport aux neurones ID non traités.

conclusion
Étant donné que la choline restaure partiellement la structure des dendrites dans les neurones ID sans réplétion en fer, elle peut avoir un potentiel thérapeutique lorsque le traitement au fer n'est pas possible ou conseillé. Le mécanisme de la choline dans les neurones ID nécessite une enquête plus approfondie.

[Nutrimuscle-Conseils]

Perspective: Estrogen and the Risk of Cognitive Decline: A Missing Choline(rgic) Link?
Jonathan Bortz, Advances in Nutrition, Volume 13, Issue 2, March 2022, Pages 376–387,

Factors that influence the risk of neurocognitive decline and Alzheimer's disease (AD) may provide insight into therapies for both disease treatment and prevention. Although age is the most striking risk factor for AD, it is notable that the prevalence of AD is higher in women, representing two-thirds of cases. To explore potential underlying biological underpinnings of this observation, the intent of this article is to explore the interplay between cognitive aging and sex hormones, the cholinergic system, and novel hypotheses related to the essential nutrient choline.

Mechanistic evidence points toward estrogen's neuroprotective effects being strongly dependent on its interactions with the cholinergic system, a modulator of attentional functioning, learning, and memory. Estrogen has been shown to attenuate anticholinergic-induced impairments in verbal memory and normalize patterns of frontal and occipital cortex activation, resulting in a more “young adult” phenotype. However, similar to estrogen replacement's effect in cardiovascular diseases, its putative protective effects may be restricted to early postmenopausal women only, a finding supportive of the “critical window hypothesis.” Estrogen's impact on the cholinergic system may act both locally in the brain but also through peripheral tissues.

Estrogen is critical for inducing endogenous choline synthesis via the phosphatidylethanolamine N-methyltransferase (PEMT) gene–mediated pathway of phosphatidylcholine (PC) synthesis. PEMT is dramatically induced in response to estrogen, producing not only a PC molecule and source of choline for the brain but also a key source of the long-chain ω-3 fatty acid, DHA. Herein, we highlight novel hypotheses related to hormone replacement therapy and nutrient metabolism aimed at directing future preclinical and clinical investigation.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Perspective : Oestrogène et risque de déclin cognitif : un chaînon manquant de la choline(rgique) ?
Jonathan Bortz, Advances in Nutrition, volume 13, numéro 2, mars 2022, pages 376–387,

Les facteurs qui influencent le risque de déclin neurocognitif et la maladie d'Alzheimer (MA) peuvent fournir des informations sur les thérapies pour le traitement et la prévention de la maladie. Bien que l'âge soit le facteur de risque le plus frappant pour la MA, il est à noter que la prévalence de la MA est plus élevée chez les femmes, représentant les deux tiers des cas. Pour explorer les fondements biologiques sous-jacents potentiels de cette observation, le but de cet article est d'explorer l'interaction entre le vieillissement cognitif et les hormones sexuelles, le système cholinergique et de nouvelles hypothèses liées à la choline, un nutriment essentiel.

Les preuves mécanistes indiquent que les effets neuroprotecteurs de l'œstrogène dépendent fortement de ses interactions avec le système cholinergique, un modulateur du fonctionnement attentionnel, de l'apprentissage et de la mémoire. Il a été démontré que les œstrogènes atténuent les troubles de la mémoire verbale induits par les anticholinergiques et normalisent les schémas d'activation du cortex frontal et occipital, ce qui entraîne un phénotype plus "jeune adulte". Cependant, à l'instar de l'effet de remplacement des œstrogènes dans les maladies cardiovasculaires, ses effets protecteurs putatifs peuvent être limités aux seules femmes ménopausées précoces, une découverte qui appuie «l'hypothèse de la fenêtre critique». L'impact des œstrogènes sur le système cholinergique peut agir à la fois localement dans le cerveau mais aussi à travers les tissus périphériques.

L'œstrogène est essentiel pour induire la synthèse de choline endogène via la voie médiée par le gène de la phosphatidyléthanolamine N-méthyltransférase (PEMT) de la synthèse de la phosphatidylcholine (PC). La PEMT est considérablement induite en réponse à l'œstrogène, produisant non seulement une molécule de PC et une source de choline pour le cerveau, mais également une source clé de l'acide gras ω-3 à longue chaîne, le DHA. Ici, nous mettons en évidence de nouvelles hypothèses liées à l'hormonothérapie substitutive et au métabolisme des nutriments visant à orienter les futures recherches précliniques et cliniques.

[Nutrimuscle-Conseils]

Lower plasma glutathione, choline, and betaine concentrations are associated with fatty liver in postmenopausal women
Agata Muzsik-Kazimierska Nutrition Research Volume 101, May 2022, Pages 23-30

Postmenopausal women are at high risk of hepatic steatosis, which may be associated one-carbon metabolism (OCM) abnormalities. We hypothesized that lower folate, choline, betaine, and glutathione (GSH) concentrations but higher total homocysteine and trimethylamine N-oxide concentrations are associated with fatty liver (FL) in postmenopausal women. We aimed to identify relationships between OCM and nonalcoholic fatty liver disease biomarkers in postmenopausal women.

A total of 131 postmenopausal women participated in this study and were stratified by the incidence of FL based on the hepatic steatosis index (HSI). Food intake was evaluated using dietary records. Aspartate aminotransferase and alanine aminotransferase concentrations in serum were measured using the colorimetric method. Total homocysteine and GSH concentrations in plasma were measured using high-performance liquid chromatography. Folate and phosphatidylcholine (PC) concentrations were determined in red blood cells using an enzyme-linked immunosorbent assay. Other OCM biomarkers concentrations were measured using the isotope dilution analysis.

Women with FL (HSI > 36) had lower GSH, choline, and betaine concentrations than women without FL (HSI < 36). Higher HSI level was negatively correlated with betaine and PC and positively correlated with plasma choline/betaine ratio. Lower GSH and higher carnitine concentrations in the blood are associated with an increased risk of FL. MTHFR (rs180130) T-allele carriers had lower levels of GSH than the CC homozygotes. Postmenopausal women with FL have lower GSH, choline, and betaine concentrations, which may play a role in fat accumulation in the liver. It seems important to consider the dietary intakes of these nutrients in postmenopausal women.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Des concentrations plasmatiques inférieures de glutathion, de choline et de bétaïne sont associées à une stéatose hépatique chez les femmes ménopausées
Agata Muzsik-Kazimierska Nutrition Research Volume 101, Mai 2022, Pages 23-30

Les femmes ménopausées présentent un risque élevé de stéatose hépatique, qui peut être associée à des anomalies du métabolisme à un carbone (OCM). Nous avons émis l'hypothèse que des concentrations plus faibles de folate, de choline, de bétaïne et de glutathion (GSH) mais des concentrations plus élevées d'homocystéine totale et de N-oxyde de triméthylamine sont associées à la stéatose hépatique (LF) chez les femmes ménopausées. Nous avons cherché à identifier les relations entre l'OCM et les biomarqueurs de la stéatose hépatique non alcoolique chez les femmes ménopausées.

Au total, 131 femmes ménopausées ont participé à cette étude et ont été stratifiées selon l'incidence du LF en fonction de l'indice de stéatose hépatique (HSI). L'apport alimentaire a été évalué à l'aide des registres alimentaires. Les concentrations d'aspartate aminotransférase et d'alanine aminotransférase dans le sérum ont été mesurées à l'aide de la méthode colorimétrique. Les concentrations plasmatiques totales d'homocystéine et de GSH ont été mesurées par chromatographie liquide à haute performance. Les concentrations de folate et de phosphatidylcholine (PC) ont été déterminées dans les globules rouges à l'aide d'un dosage immuno-enzymatique. D'autres concentrations de biomarqueurs OCM ont été mesurées à l'aide de l'analyse de dilution isotopique.

Les femmes avec FL (HSI > 36) avaient des concentrations de GSH, de choline et de bétaïne plus faibles que les femmes sans FL (HSI < 36). Un niveau HSI plus élevé était négativement corrélé avec la bétaïne et la PC et positivement corrélé avec le rapport choline/bétaïne plasmatique. Des concentrations plus faibles de GSH et plus élevées de carnitine dans le sang sont associées à un risque accru de LF. Les porteurs de l'allèle T MTHFR (rs180130) avaient des taux de GSH inférieurs à ceux des homozygotes CC. Les femmes ménopausées atteintes de FL ont des concentrations plus faibles de GSH, de choline et de bétaïne, ce qui peut jouer un rôle dans l'accumulation de graisse dans le foie. Il semble important de considérer les apports alimentaires de ces nutriments chez les femmes ménopausées.