Étant donné la forte prévalence des migraines, il n'est pas surprenant que plusieurs membres de certaines familles en souffrent. Dès le XIXe siècle, on supposait donc que les migraines étaient héréditaires. De nombreuses études ont été menées pour étayer cette hypothèse.
Les facteurs héréditaires jouent un rôle crucial dans le développement des migraines. Plus de 70 % des personnes migraineuses connaissent des parents au premier degré (parents, frères et sœurs ou enfants) qui souffrent également de migraines. Les enfants de migraineux présentent un risque deux à quatre fois plus élevé de développer eux-mêmes des migraines que leurs pairs. Pour un sous-type de migraine, la migraine hémiplégique familiale, des anomalies génétiques sous-jacentes ont été identifiées. Celles-ci sont responsables de l'hypersensibilité à un large éventail de stimuli internes et externes, appelés facteurs déclenchants, si caractéristique des migraineux.
Ces facteurs incluent, entre autres, les perturbations du cycle veille-sommeil, les fluctuations hormonales, les variations de la glycémie ou du niveau de stress, un effort physique inhabituel, ou encore les désagréments causés par les odeurs, le bruit ou les lumières clignotantes. Ainsi, bien que la prédisposition génétique aux migraines se transmette de génération en génération, la survenue effective d'une migraine chez un individu, et le cas échéant son intensité et sa fréquence, dépendent largement de facteurs environnementaux.
Les migraines résultent d'une altération de la transmission des signaux et d'une perturbation de l'apport énergétique aux cellules nerveuses du cerveau
Une analyse des études révèle que les parents et les enfants de personnes migraineuses présentent une probabilité plus élevée de développer des migraines que le reste de la population. Cette conclusion suggère que les facteurs héréditaires jouent un rôle important, mais que les facteurs liés à l'apprentissage et au comportement sont tout aussi significatifs. Les recherches modernes sur la migraine et la génétique ont permis de mieux comprendre le développement de cette affection.
En 2005, une équipe de recherche de la clinique de la douleur de Kiel et de l'Institut de génétique humaine de l'université de Bonn/Cologne a découvert des altérations génétiques spécifiques sur le chromosome 1 chez les patients souffrant des formes les plus courantes de migraine. Ces altérations perturbent l'excitabilité des cellules nerveuses. Si ces dernières sont surstimulées trop rapidement ou trop longtemps, leur apport énergétique peut s'effondrer. La régulation de la fonction nerveuse est alors perturbée. Les neurotransmetteurs responsables de la douleur sont libérés de manière incontrôlée par les cellules nerveuses, provoquant les violentes céphalées migraineuses.
Les personnes souffrant de migraines présentent une particularité dans le traitement des stimuli par leur cerveau. Leur système nerveux est constamment en état d'alerte maximale. Les stimuli sont perçus plus tôt et plus rapidement, et traités plus vite. Jusqu'à présent, les raisons de ce fonctionnement cérébral différent chez les migraineux restaient largement inconnues.
Grâce à ces découvertes, l'équipe de recherche a mis au jour un élément clé pour comprendre le génome de la migraine. Auparavant, les mutations génétiques n'étaient connues que pour des sous-types de migraine extrêmement rares. Les scientifiques ont étudié des familles pendant quatre ans, au sein desquelles plusieurs personnes souffraient de migraine avec aura ou de migraine sans aura. Ce sont les formes les plus courantes de migraine, responsables de plus de 99 % des crises. 
L'équipe de recherche de Kiel-Cologne a mené des recherches dans toute l'Allemagne afin d'identifier des familles où au moins deux membres souffraient de migraine avec aura. L'étude a porté sur les membres de 45 familles, où en moyenne quatre personnes étaient atteintes. Dans une famille, dix personnes ont été identifiées comme atteintes. Les sous-types de migraine ont été diagnostiqués selon les critères internationaux standardisés les plus récents. Des échantillons de sang ont été prélevés chez les membres des familles, atteints ou non. Après un diagnostic précis des formes de migraine, le matériel génétique a été envoyé de la Clinique de la douleur de Kiel à l'Institut de génétique humaine des universités de Bonn ou de Cologne, où sa structure a été analysée à l'aide de techniques spécifiques.
Dans cette étude, l'équipe de recherche s'est concentrée sur la région du chromosome 1 où des altérations génétiques avaient été précédemment identifiées dans un sous-type extrêmement rare de migraine. Cette région ciblée contient un gène codant pour une pompe ionique spécifique du cerveau, dont la fonction est de réguler l'excitabilité et l'apport énergétique des cellules nerveuses. Pour la première fois, l'équipe de scientifiques a découvert deux altérations génétiques jusqu'alors inconnues dans cette région chez des patients souffrant de migraine généralisée avec aura. Ces altérations ont été observées uniquement chez les membres atteints de familles migraineuses, et non chez les sujets témoins sains. Des investigations complémentaires ont montré que l'une de ces altérations génétiques entraîne une perte de fonction de la pompe ionique et, par conséquent, probablement une perturbation de l'excitabilité nerveuse. Il peut en résulter un effondrement de l'apport énergétique aux cellules nerveuses lors d'une stimulation excessive ou soudaine du système nerveux chez les patients migraineux. Ceci provoque la libération excessive de neurotransmetteurs algogènes, à l'origine de la douleur migraineuse et des symptômes associés lors d'une crise.
Ces résultats sont importants pour le diagnostic et le traitement futurs des migraines. Il est recommandé aux patients migraineux de maintenir un rythme circadien régulier. Il convient d'éviter les changements brusques et intenses de stimuli. Une alimentation régulière, riche en glucides et en vitamine B2, peut stabiliser l'apport énergétique aux cellules nerveuses.
Les techniques de relaxation, la thérapie par biofeedback et la gestion du stress préviennent l'excitation nerveuse excessive et réduisent la consommation d'énergie des cellules nerveuses. Lors d'une crise, certains médicaments contre la migraine, appelés triptans, bloquent la libération des neurotransmetteurs responsables de la douleur. Les traitements préventifs peuvent normaliser la consommation d'énergie des cellules nerveuses.
Facteur de risque de migraine sans aura et de migraine avec aura sur le chromosome 8
Des scientifiques de la clinique de la douleur de Kiel et de l'université de Cologne/Ulm, dans le cadre d'une collaboration internationale avec des chercheurs, entre autres, du Wellcome Trust Sanger Institute (Cambridge), de l'université Ludwig-Maximilians de Munich et du centre médical universitaire de Leiden, ont identifié pour la première fois en 2010 un facteur de risque génétique associé à la migraine avec et sans aura.
La variante génétique identifiée sur le chromosome 8 contrôle la quantité de glutamate, un neurotransmetteur, dans les synapses des cellules nerveuses via les gènes voisins PGCP et MTDH. Le glutamate active des fonctions nerveuses importantes telles que l'attention, la mémoire, la concentration et la perception.
Cette découverte est considérée comme cruciale pour comprendre le déclenchement des crises de migraine les plus fréquentes. Elle apporte un éclairage nouveau sur les causes et les options thérapeutiques de cette affection répandue. Grâce à une collaboration internationale unique réunissant 65 chercheurs de 13 pays, dans le cadre de la plus vaste étude mondiale sur la migraine à ce jour, une variante génétique associée aux formes les plus courantes de migraine a été découverte pour la première fois. Les études précédentes n'avaient permis d'identifier des altérations génétiques que dans de rares sous-types de migraine avec aura. La variante génétique nouvellement découverte sur le chromosome 8 est présente dans les migraines avec ou sans symptômes neurologiques associés.
Lors d'études précédentes, des chercheurs avaient déjà identifié des loci génétiques responsables de sous-types de migraine très sévères mais rares. Cependant, les facteurs de risque génétiques responsables de la migraine courante, c'est-à-dire la migraine avec ou sans aura, restaient inconnus. Afin de rassembler ces données, une équipe de recherche de la clinique de la douleur de Kiel a collecté et analysé des échantillons sanguins de patients atteints et de leurs familles pendant plusieurs années en Allemagne.
Dans le cadre de la recherche sur les mécanismes de la migraine commune, les génomes de plus de 6 000 patients migraineux ont été comparés à ceux de sujets témoins sains. Des chercheurs de plus de 13 pays ont participé à cette collaboration internationale. Le groupe de patients de la clinique de la douleur de Kiel constituait l'un des plus importants sous-groupes du réseau, permettant ainsi l'identification de la variante génétique.
De manière totalement inattendue, des chercheurs en biologie fondamentale ont identifié une variante sur le chromosome 8, appelée rs1835740, comme le premier facteur de risque génétique connu de la migraine. Lors de l'étude initiale, le matériel génétique de plus de 2 500 patients migraineux et de 10 000 individus sains a été comparé. Face à cette découverte inattendue, ce locus génique a fait l'objet d'une seconde étude de réplication à grande échelle, portant sur plus de 3 200 patients migraineux supplémentaires et 40 000 sujets témoins. Le réseau international de la migraine a ainsi pu confirmer son hypothèse initiale.
Excitabilité nerveuse et glutamate
En raison d'un taux élevé de glutamate déterminé génétiquement, la transmission des influx nerveux à travers la fente synaptique entre les nerfs semble être très rapide, soutenue et intense. Le stress et les rythmes de vie irréguliers sont les principaux facteurs déclenchants des migraines.
Si le système nerveux est activé de manière excessive, trop intense et trop soudaine, cela peut initialement entraîner une hyperactivation et, à terme, une déplétion des neurotransmetteurs. Le contrôle nerveux peut alors être perturbé, libérant secondairement des substances inflammatoires au sein du système nerveux. Celles-ci peuvent provoquer une inflammation douloureuse des vaisseaux sanguins des méninges, à l'origine des maux de tête pulsatiles et lancinants caractéristiques de la migraine.
Les nouvelles approches de recherche permettront à l'avenir d'intervenir plus efficacement sur les causes sous-jacentes des migraines. Les études cliniques actuelles ont montré que les personnes souffrant de crises fréquentes présentent une hypersensibilité du système nerveux et du système de perception de la douleur. Les facteurs comportementaux et expérientiels contribuant à l'activation excessive du glutamate pourront désormais être ciblés dans le cadre de programmes de recherche clinique. Le développement de substances spécifiques normalisant les niveaux de glutamate pourrait constituer une avancée majeure vers une prévention efficace des crises de migraine.
On considère aujourd'hui la migraine comme une maladie évolutive du système nerveux central. Les crises migraineuses prolongées et fréquentes entraînent des modifications structurelles du système nerveux, favorisant ainsi l'apparition de diverses affections associées. Parmi celles-ci, on retrouve, en neurologie, l'épilepsie, les céphalées par abus médicamenteux et les accidents vasculaires cérébraux ; en psychiatrie, la dépression, l'anxiété et les troubles paniques ; et en médecine interne, les infarctus, les maladies coronariennes et l'hypertension.
L'hyperactivation constante du système nerveux due à des taux élevés de glutamate pourrait également jouer un rôle crucial dans le développement d'autres maladies que la migraine. Le facteur de risque génétique identifié sur le chromosome 8 pourrait constituer une base commune à ces diverses affections.