Magnesium är en livsviktig mineral som påverkar en rad biologiska processer i kroppen. Ämnet har bland annat betydelse för att cellernas energikraftverk, mitokondrierna, ska kunna producera och tillgodogöra sig kroppens energimolekyl, ATP. När mitokondrierna inte fungerar kan många olika symtom uppkomma, ibland bara från ett av kroppens organ men oftast från flera olika organ eller organsystem samtidigt.
I en studie som publiceras i Nature Structural & Molecular Biology har forskare kartlagt hur det går till när våra mitokondrier får precis så mycket magnesium de behöver.
Kroppens mitokondrier omsluts av ett membran som innehåller jonkanaler, där specifika ämnen kan passera membranet, ungefär som en kanal med slussar där särskilda båtar släpps igenom. För att ett ämne ska kunna transporteras in eller ut i cellen måste slussportarna öppnas och stängas.
Nobelprisad teknik bakom resultaten
– Om det finns för lite magnesium i mitokondrierna öppnas kanalslussen och magnesium från utsidan strömmar in. Det eleganta är att vi såg att det är ögonblickligt självreglerande. Det är som att det finns sensorer på insidan som känner av när det finns tillräckligt med magnesium i mitokondrierna och stänger kanalen eller om det behövs mer, förklarar Pontus Gourdon, som lett forskningen.
För att lyckas studera magnesiumkanalerna i cellmembranet har forskarna använt så kallad kryoelektronmikroskopi. Den nobelprisade tekniken gör det möjligt undersöka med extremt hög upplösning hur proteiner ser ut trots att de är mycket små; magnesiumkanalen höjd är mindre än en tusendel av ett hårstrås bredd. Tekniken som visar hur kroppens proteinstrukturer ser ut i 3D, har revolutionerat strukturbiologin.
– När vi känner till proteinernas strukturer kan vi bättre förstår hur kanalerna fungerar molekylärt: hur magnesium kan strömma igenom kanalerna under vissa förhållanden men inte under andra förhållanden, säger Pontus Gourdon.
Grundforskning som banar väg
Grundforskning, som denna studie, lär oss att förstå mer vad som sker i kroppens processer, vilket banar väg för att lösa komplexa problem. Upptäckten av DNA-strukturen på 1950-talet var ett resultat av grundforskning, vilket lade grunden för genteknik och modern medicin.
Resultaten från studien som publiceras i Nature Structural & Molecular Biology skulle kunna användas praktiskt för att utveckla enheter, som påverkar hur kanalerna i cellerna fungerar. Pontus Gourdon nämner möjligheten att utveckla hämmare, inhibitorer, som kan binda till dessa kanaler eller liknande men trots allt strukturer som bara finns hos bakterier, och på så vis påverka så att kanalerna hålls stängda.
– Molekylärt skulle man även kunna tänka sig att ”frysa” den öppna strukturen så att den alltid är öppen och på så vis öka magnesiumtillförsel om så behövs. Jag hoppas att resultaten ska öka vår förståelse för hur mitokondrierna fungerar och hur mitokondriella sjukdomar uppstår och kan behandlas, säger Pontus Gourdon.