Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Aarhus-forskere opklarer syrepumpens mysterium

Det er lykkedes forskere på Aarhus Universitet at afdække mekanismerne i den såkaldte syrepumpe, der på celleniveau pumper syre ud i mavesækken – i nogle tilfælde med mavesår og spiserørskatar til følge. Forskningsresultatet udspringer af Jens Chr. Skous natrium-kalium-pumpe, der for 20 år siden blev belønnet med Nobelprisen.

07.03.2017 | Nanna Jespersgård

Rikke Holm gjorde den grundlæggende opdagelse under sit ph.d.-studium, da hun sammenlignede forskellige mutanter af natrium-kalium-pumpen.

Bente Vilsen peger på, at opdagelsen kan have perspektiver for patienter med mavesår, omend man skal være varsom med at udtale sig for skråsikkert om opdagelser af grundvidenskabelig karakter.

Mindre koncentration af mavesyre og dermed færre patienter med mavesår og spiserørskatar. Det er et af perspektiverne i et forskningsresultat, som postdoc Rikke Holm ved Institut for Biomedicin for nylig fik offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift ’Proceedings of the National Academy of Sciences USA’ (PNAS). Forskningen er foregået som et internationalt samarbejdsprojekt mellem professor Bente Vilsens laboratorium, Aarhus Universitet, og laboratoriet ledet af professor Pablo Artigas, Texas Tech University i Lubbock, Texas, USA.

Det aktuelle forskningsresultat er grundforskning med afsæt i Nobelpristager Jens Chr. Skous opdagelse af den såkaldte natrium-kalium-pumpe, der er en membran-pumpe, som bl.a. er nødvendig for, at nerveceller kan fungere.

”Natrium-kalium-pumpen og Syrepumpen ligner langt hen ad vejen hinanden, og det er afgørende for forståelsen af forskningsresultatets perspektiver,” siger professor Bente Vilsen.

Man kan ændre en pumpes funktion

Rikke Holm forklarer, at natrium-kalium-pumpen skaber en elektrisk strøm over cellemembranen. Strømmen opstår, fordi pumpen transporterer tre natrium-ioner ud ad cellen for hver gang, der pumpes to kalium-ioner ind. Syrepumpen gør noget tilsvarende, dog med brint- i stedet for natrium-ioner og med den afgørende forskel, at syrepumpen ikke genererer strøm. Den er elektroneutral – desværre, fristes man til at sige. For hvis den i lighed med natrium-kalium-pumpen var strømproducerende, elektrogen, ville den producere mindre syre i maven til gavn for mavesårspatienter.

”Vi har vist, at det er muligt at fjerne natrium-kalium-pumpens evne til at lave strøm ved simpelthen at ombytte en aminosyre i natrium-kalium-pumpen, cystein, med en anden aminosyre, som findes i syrepumpen, arginin. Ombytningen sker ved genmanipulation, og resultatet er banebrydende, fordi det identificerer arginin som hemmeligheden bag syrepumpens elektroneutrale funktion, der igen er bestemmende for høj syrekoncentration i maven,” siger Rikke Holm.

Rikke gjorde den grundlæggende opdagelse under sit ph.d.-studium, da hun sammenlignede flere forskellige mutanter af natrium-kalium-pumpen. Argininmutantens helt særlige egenskaber fik hende til at kontakte en ekspert i elektrofysiologi, Dr. Pablo Artigas, som inviterede hende på et studieophold i sit laboratorium. Sammen udførte de afgørende elektrofysiologiske undersøgelser på den muterede natrium-kalium-pumpe, og undersøgelserne viste, at tilstedeværelsen af den indsatte positivt ladede arginin omdanner natrium-kalium-pumpen til en elektroneutral pumpe ligesom syrepumpen.

Vi kender ikke altid perspektiverne!

Der er et stykke vej, til forskningsresultatet direkte vil komme patienter til gode, men den nye viden om syrepumpens mekanisme – at man kan ændre en pumpes funktion – danner grundlag for videre arbejde med også at gå ’den anden vej’ og fremstille elektrogene syrepumper. Og med Bente Vilsens ord er sandheden, at det er grundforskning, der genererer den viden, som ligger til grund for udviklingen af langt de fleste lægemidler og behandlingsformer.

Hårdt presset på flere mulige fremtidsperspektiver, nævner Bente Vilsen, at opdagelsen af den elektroneutrale natrium-kalium-pumpe også muliggør, at man kan udforske, hvad manglende evne til at producere strøm betyder for cellernes udvikling og forekomst af sygdomme i bl.a. hjernen og nyren, hvor natrium-kalium-pumpen spiller en afgørende rolle. Men som Bente Vilsen siger:

”Vores opdagelse er som sådan grundvidenskabelig, og når PNAS har villet publiceret den, er det fordi, vi har vist vejen til at lave én slags pumpe om til en anden slags pumpe, hvilket rækker helt ind i det inderste af forståelsen af membranpumperne. Det kan have nogle perspektiver, som man ikke nødvendigvis kan overskue fuldt ud i dag, og derfor heller ikke bør udtale sig for skråsikkert om.”

Bag om forskningsresultatet

  • Studiet er baseret på genteknologiske, biokemiske og elektrofysiologiske metoder anvendt på dyrkede abenyreceller og ægceller fra frøer.
  • Samarbejdspartner fra udlandet er Pablo Artigas, Texas Tech University i Lubbock, Texas, USA.
  • Studiet er finansieret af Novo Nordisk Fonden.
  • Link til abstract af artiklen ‘Arginine substitution of a cysteine in transmembrane helix M8 converts Na+,K+-ATPase to an electroneutral pump similar to H+,K+-ATPase’: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28028214

Kontakt

Professor Bente Vilsen
Aarhus Universitet, Institut for Biomedicin
Direkte telefon: +45 87167736
Mobil: +45 23822977
Mail: bv@biomed.au.dk

Postdoc Rikke Holm
Aarhus Universitet, Institut for Biomedicin
Direkte telefon: +45 87167721
Mobil: +45 60197241
Mail: rhj@biomed.au.dk

Forskning, Sundhed og sygdom, Videnskabelig medarbejder, Institut for Biomedicin, Health, Teknisk/administrativ medarbejder, Health, Offentligheden/Pressen, Ekstern målgruppe