I lang tid var to små jenter fra Østerrike og England og en gutt fra Canada på henholdsvis 4, 6 og 10 år uforklarlig syke.

Tross den geografisk store avstanden mellom dem led de av nøyaktig samme merkverdige symptomer, som verken kunne behandles eller lindres:

Hyppige epileptiske anfall, utviklingshemning og, ikke minst, ikke noe magnesium i urinen. Det er et stoff som er essensielt for mange kjemiske reaksjoner i kroppen.

Legene mener den reduserte intelligensen trolig skyldes oksygenmangel under krampeanfall.

Ingen familiemedlemmer har vært rammet av lignende symptomer, og tilskudd av magnesium har ikke hjulpet. Det ser ut til at kroppen ikke klarer å ta opp det livsviktige stoffet.

I en ny studie legger en forskergruppe nå fram en forklaring. Flere barn med samme sykdom vil trolig dukke opp, mener de.

De tre barna er neppe alene

Det viste seg at barnas problemer stammet fra mutasjoner – endringer eller feil i DNA-et – fra en ørliten, men livsviktig, pumpe, forankret på overflaten av alle kroppens celler.

Mutasjonene hadde ødelagt den såkalte natriumkaliumpumpen.

Dermed hadde forskerne oppdaget en ny, sjelden sykdom og en forklaring på de mystiske symptomene.

Men selv om sykdommen ser ut til å være ekstremt sjelden, vil det antagelig dukke opp flere tilfeller i de kommende årene, mener den danske professoren Bente Vilsen, som er en av forskerne bak den nye studien.

– Vi har kartlagt en alvorlig og hittil ukjent sykdom, som det foreløpig bare har dukket opp tre tilfeller av, men de er neppe alene. Jeg tror at denne artikkelen vil gjøre at mange flere barn vil bli identifisert, sier Vilsen, som arbeider ved Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet.

Sykdommen har fortsatt ikke fått noe navn, men den foreløpige medisinske betegnelsen er «Renal Hypomagnesemia, Refractory Seizures, and Intellectual Disability», forteller Vilsen.

Pumpe bruker ekstremt mye energi

For å forstå hva forskerne egentlig har funnet, må vi forklare hva natriumkaliumpumpen er.

Det er snakk om en mekanisme som du antagelig aldri ofrer en tanke i det daglige, men som kroppen alltid forholder seg til.

Selv om natriumkaliumpumpen er så liten at den ikke engang er synlig i et mikroskop, bruker du faktisk en fjerdedel av all energien din på å drive den. Alltid.

Som navnet antyder, pumper den natriumioner og kaliumioner, som er atomer med elektrisk ladning.

For å kunne utføre dette arbeidet må pumpen bruke energi, som den får fra energimolekylet ATP. ATP kalles også for kroppens bensin.

– Mesteparten av energien vi får fra maten, gjøres om til ATP, forklarer førsteamanuensis Claus Juul Løland fra Institut for Neurovidenskab ved Københavns Universitet.

Han har ikke vært en del av den nye forskningen, men forsker selv på strukturer og funksjoner av cellers overflateproteiner.

Celler snakker sammen via elektrisk ladning

For hver omgang natriumkaliumpumpen pumper, bruker den et ATP-molekyl. Da blir tre natriumioner pumpet ut av cellen og to kaliumioner inn i den.

Siden ioner har elektrisk ladning, oppstår det en spenningsforskjell på tvers av cellens overflate (som kalles en membran). Denne forskjellen bruker for eksempel nerveceller til å sende elektriske signaler. Det er slik de kommuniserer.

Eksempel: Når du setter hånden på en kokeplate, bruker cellene i hånden spenningsforskjellen til å sende et signal til hjernen om å fjerne fingrene i en rasende fart.

Når pumpen av en eller annen grunn er defekt, kan spenningen forsvinne.

Når det skjer i natriumkaliumpumpen i nyrene – alfa 1-formen – kan det for eksempel innebære at nyrene ikke kan ta opp magnesium. Uansett hvor mange tilskudd og vitaminpiller, du tar.

– Hos disse tre barna har det oppstått en feilkoding i natriumkaliumpumpen i nyrene. Man kan sikkert få samme sykdom på andre måter, men hos disse barna har mutasjonen skjedd i samme protein, sier Claus Juul Løland.

Danske forskere har bidratt med ekspertise

Oppdagelsen av den nye sykdommen er gjort av et internasjonalt konsortium av forskere fra Tyskland, England, Østerrike, Nederland og Canada og danske Bente Vilsen sammen med forsker Rikke Holm.

Gruppen fra Aarhus Universitet har bidratt med ekspertisen på å undersøke syke natriumkaliumpumper ved å innsette sykdomsgenet – altså det muterte DNA-et – i dyrkede celler som opprinnelig stammer fra apenyrer. Det gjorde det mulig for dem å måle pumpefunksjonen veldig presist i laboratoriet.

Dermed kunne de vise at barnas mutasjoner gjorde pumpen ute av stand til å transportere natrium og kalium.

Mutasjon hadde overraskende effekt

I tillegg til mangelen på magnesium i urinen opplevde alle de tre barna jevnlige og voldsomme epileptiske anfall.

Epilepsi er en nevrologisk sykdom, noe som vil si at den stammer fra hjernen og nervesystemet.

Bente Vilsen mener det er spesielt interessant at problemene oppsto i alfa 1-pumpen.

Tidligere har forskerne tillagt en annen form av pumpen, alfa 3-formen, størst betydning.

– Det var kanskje ikke så overraskende at nyrene var involvert. Men det var underlig at denne pumpen ser ut til å være viktig for hjernen, forklarer Vilsen.

Pumpe er viktig for hele kroppen

Natriumkaliumpumpen finnes i fire ulike former, og de tre barna hadde problemer med en av dem, alfa 1.

Det er ikke første gang forskerne finner nevrologiske sykdommer som skyldes feil i den livsviktige natriumkaliumpumpen, men de er første gang problemet stammer fra alfa 1-formen.

I nervecellene i hjernen finnes alfa 1-formen sammen med alfa 3-formen.

– Det spennende er at vi har kjent til slike sykdommer i hjernen i en del år, men tidligere trodde man ikke at alfa 1 hadde betydning. Nå kan vi se at en defekt alfa 1 også kan ramme hjernen, forklarer Vilsen.

– Det viser at natriumkaliumpumpen er viktig for hele kroppen, legger hun til.

Oppdagelse kan bli viktig

Mutasjoner i arvemassen kan oppstå av mange årsaker og på mange ulike tidspunkt i livet, og det er vanskelig å peke på akkurat hvor det gikk galt.

De tre barna kan ha fått mutasjonene på ulike stadier i livet eller kanskje allerede ved unnfangelsen. Det er umulig å si.

Derfor vet forskerne heller ikke hvorfor noen barn utvikler den mystiske sykdommen.

For lave nivåer av magnesium gir seg blant annet utslag i tretthet, muskelsvakhet og nedsatt appetitt, men kan også føre til skjelving, kramper og mentale forstyrrelser.

Forskerne kan ikke omsette oppdagelsen til noen umiddelbar behandling. Men det kan bli viktig på sikt, mener Bente Vilsen.

– Det er et første skritt på veien. Det er viktig å finne ut hva slags gen som er defekt, sier hun.

Lettere å gjenkjenne sykdommen

Dessuten vil det være lettere for andre leger å gjenkjenne sykdommen når de møter noen av de samme symptomene, mener førsteamanuensis Karin Lykke-Hartmann. Hun arbeider også ved Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet, men med dyremodeller og i en annen gruppe enn Bente Vilsen.

– Et halvt år etter at en ny sykdom er identifisert, velter det inn med flere pasienter med samme symptomer. Det opplever vi selv i gruppen vår, sier Lykke-Hartmann.

– Det blir nyttig å finne det ansvarlige genet hvis du har en sjelden sykdom. Da kan det senere utvikles en behandling, legger hun til.

Lykke-Hartmann har også lest studien og mener at den er veldig spennende. Hun arbeider også med natriumkaliumrelaterte sykdommer. Teknologien har utviklet seg mye de siste årene, påpeker hun.

– Det er vakkert

Ifølge Claus Juul Løland blir det bare mer vanlig å identifisere sykdommer ved å analysere arvemassen, slik som forskerne har gjort i den nye studien. Rett og slett fordi teknologien blir billigere og enklere å bruke.

– Men det er bare noen få sykdommer som skyldes en enkelt mutasjon. Det er veldig spennende når forskere kan finne en molekylær forklaring på noe som har blitt observert klinisk, sier han.

– Det er vakkert når det er mulig.

Bente Vilsen peker på at forståelsen av sjeldne sykdommer ofte leder til bedre behandling av pasienter som har beslektede, men mer vanlige sykdommer.

– Det er slik grunnforskning som ligger til grunn for utviklingen av de aller fleste legemidler og behandlingsformer, avslutter hun.

Referanse:

K. Schlingmann mfl: «Germline De Novo Mutations in ATP1A1 Cause Renal Hypomagnesemia, Refractory Seizures, and Intellectual Disability», The American Journal of Human Genetics (2018), DOI: 10.1016 Sammendrag

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.