Forskere slukker for natrium-kalium-pumpens strøm
Fejl i kroppens natrium-kalium-pumpe fører til forskellige sygdomme i hjernen, blandt andet Parkinsonslignende sygdomme og migræneanfald. Nu har danske forskere fundet ud af at slukke for pumpens strøm.
natrium-kalium-pumpe, migræne

Natrium-kalium-pumpen kan give migræneanfald og andre neurologiske lidelser, når den ikke fungerer korrekt. Nu har danske forskere fundet ud af, hvordan de kan slukke for pumpens strøm. (Foto: Shutterstock)

Folk, som lider af bestemte neurologiske sygdomme, har fejl i et protein, der transporterer grundstofferne kalium og natrium ind og ud af hjernens celler.

Historien kort
  • Danske forskere har fået helt ny indsigt i en cellepumpe, der spiller en stor rolle i en lang række neurologiske sygdomme.
  • Det nye forskningsresultat er grundforskning, men mange sygdomme er forbundet med fejl i natrium-kalium-pumpen og til andre af kroppens pumper.
  • Den nye indsigt kan dermed i fremtiden lede til bedre behandlinger af sygdommene.

Sygdommene inkluderer blandt andet de tre neurologiske sygdomme FHM (Familar Hemiplegisk Migræne), RDP (Rapid-onset Dystonia Parkinsonism) og AHC (Alternating Hemiplegia of Childhood), der kommer til udtryk ved henholdsvis migræneanfald, bevægelseshæmning og lammelser.

Nu har danske forskere fundet ud af, hvordan de kan slukke for den strøm, som den såkaldte natrium-kalium-pumpe producerer, og det giver dem en større indsigt i, hvordan man måske kan afhjælpe sygdommene.

»Det er selvfølgelig grundforskning det her, men det giver os en forståelse af et system, som spiller ind i rigtig mange sygdomme. Ved at forstå dette system, kan man også bedre forstå sygdommene og se, hvordan man medicinsk kan rette op på de fejl, der er i kroppen, og dermed kurere folk,« siger postdoc Rikke Holm Jensen fra Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet.

Det nye forskningsresultat er for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift PNAS.

Vigtigt bidrag til viden om pumper

Pontus Emanuel Gourdon er lektor ved Biomedicinsk Institut på Københavns Universitet og forsker netop i proteiner i membraner.

Han har ikke deltaget i det nye studie, men han har læst det og mener, at studiet er et vigtigt bidrag til at øge den molekylære forståelse af, hvordan specifikke proteiner fungerer som ion-pumper i cellens membran.

»Natrium-kalium-pumpen og proton-kalium-pumpen udfører begge kritiske opgaver i kroppen, og de er også mål for forskellige former for medicin, eksempelvis omeprazol til mavesår. Resultaterne i studiet giver øget indblik i de fundamentale faktorer, som blandt andet afgør, hvor godt pumperne binder ioner, og hvor meget de transporterer på tværs af membranen,« siger Pontus Emanuel Gourdon.

natrium-kalium-pumpe

Natrium-kalium-pumpen. Pumpen fungerer ved at optage to kalium-ioner i cellen, mens den samtidig smider to natrium-ioner ud af cellen. På den måde skaber pumpen et elektrisk pontentiale, som cellen kan bruge til at kommunikere med andre celler. (Foto: Shutterstock)

Natrium-kalium-pumpen er vigtig for kroppens signaler

For at forstå det nye forskningsresultat er det nødvendigt med en lille smule baggrundsviden.

Natrium-kalium-pumpen er en af kroppens vigtigste pumper.

I Danmark har den en helt særlig status, da den blev beskrevet første gang af den danske forsker Jens Christian Skou, som siden hen blev belønnet med en Nobelpris for sin forskning i pumpen.

Natrium-kalium-pumpen findes i alle kroppens celler og fungerer ved at bytte rundt på natrium-ioner inde i cellen og kalium-ioner uden for cellen.

Sygdomme, som opstår p.g.a. fejl i natrium-kalium-pumpen i hjernen:
  • FHM (Familar Hemiplegisk Migræne), der er en arvelig migræne med halvsidig lammelser.
  • RDP (Rapid-onset Dystonia Parkinsonism), der er en tidligt indsættende parkinsonisme med muskelspændinger
  • og AHC (Alternating Hemiplegia of Childhood), der kommer til udtryk som lammelser skiftende fra den ene side til den anden blandt børn.

Det vil sige, at pumpen sender to kalium-ioner ind i cellen og på samme tid smider tre natrium-ioner ud af cellen.

Da ionerne har en elektrisk ladning, og der ryger flere ioner ud af cellerne end ind i cellen, kommer der en elektrisk ladningsforskel på tværs af cellens membran, og denne ladningsforskel bruger cellerne blandt andet til at sende elektriske signaler til hinanden.

Det er cellernes måde at kommunikere med hinanden på.

Eksempel: Når du sætter din hånd på en kogeplade, bruger cellerne i din hånd ladningsforskellen på tværs af cellemembranen til at sende et signal til din hjerne om at fjerne nallerne i en rasende fart.

Derfor er natrium-kalium-pumpen så vigtig.

Forkerte byggesten leder til sygdomme

Når natrium-kalium-pumpen i hjernens celler ikke fungerer ordentligt, kan det lede til de føromtalte neurologiske sygdomme, fordi cellerne ikke har det elektriske potentiale, de skal bruge til at snakke sammen.

På den baggrund har Rikke Holm Jensen sammen med kolleger sat alle sejl ind for at forstå, hvordan alle natrium-kalium-pumpens individuelle byggesten spiller en rolle for pumpens funktionalitet.

De vil mere præcist finde ud af, hvad der sker, når de bytter én byggesten ud med en anden.

»Ved at forstå funktionen af de forskellige byggesten kan vi bedre forstå, hvordan de indvirker på pumpens funktion, og vi kan på sigt lave medicin, som modvirker effekten af, at én byggesten fejlagtigt er byttet ud med en anden, sådan som det sker i de her sygdomme,« siger Rikke Holm Jensen.

Forsker slukker for strømmen

I sin forskning har Rikke Holm Jensen lavet en helt masse forskellige mutanter af natrium-kalium-pumpen.

Mutanterne har hver især fået udskiftet forskellige aminosyrer (proteinernes byggesten – natrium-kalium-pumpen er et protein), hvilket gør, at pumperne ikke opfører sig, som de bør.

Det nye forskningsresultat drejer sig specifikt om én af dem, hvor Rikke Holm Jensen ved hjælp af genmanipulation har skiftet aminosyren cystein, som sidder på indersiden af cellemembranen, ud med aminosyren arginin.

Ved at gøre det opdagede hun en meget interessant ændring i natrium-kalium-pumpen funktionalitet.

»Når vi byttede rundt på disse to aminosyrer, kunne vi se, at det fjernede cellens mulighed for at lave en ladningsforskel på tværs af cellemembranen,« forklarer Rikke Holm Jensen. (Se faktaboks)

Gjorde pumpe ladningsneutral

Rikke Holm Jensens forskning viser, at ombytningen af cystein med arginin, der er positivt ladet som en natrium-ion, forhindrer bindingen af det tredje natrium-ion til natrium-kalium-pumpen.

Når cystein bliver byttet ud med arginin, sender pumpen fortsat to kalium-ioner ind i cellen, men den sender samtidig kun to natriumioner ud af cellen, og dermed bliver det hele ladningsneutralt.

Forståelse kan bruges til at behandle mavesår

Det nye forskningsresultat er, som Rikke Holm Jensen også selv siger, grundforskning, men forskeren fortæller, at rigtigt mange sygdomme - også flere end de førnævnte neurologiske sygdomme - er forbundet til fejl i natrium-kalium-pumpen og til andre af kroppens pumper.

Højst overraskende viser Rikke Holm Jensens forskning, at pumpen i langt højere grad kommer til at ligne en anden af kroppens pumper, nemlig den syrepumpe, som laver kroppens mavesyre.

Pumpen hedder proton-kalium-pumpen.

Denne pumpe sender protoner ud i mavesækken og gør dermed væsken i mavesækken til en syre.

Syrepumpen er elektroneutral, fordi den fra naturens hånd har en arginin på cysteinens plads, og den elektrogene egenskab gør den i stand til at lave en meget høj koncentration af syre i maven.

Er syrepumpen for aktiv, kan det lede til mavesår eller spiserørskatar, og det nye forskningsresultat kan måske i fremtiden komme disse patienter til gode.

»For at komme dertil, er man selvfølgelig nødt til at forstå, hvordan pumpen virker, og det er det, som vi med det her studie har bidraget til. Den nye viden danner grundlag for videre arbejde med også at gå 'den anden vej' og fremstille syrepumper, der vil lave mindre syre,« fortæller Rikke Holm Jensen.