Die Familie der Cystathionin-β-Synthase (CBS)-Paar-Domäne divalent metal cation transport mediators (CNNMs) besteht aus vier integralen Membranproteinen, die mit dem Mg2+-Transport assoziiert sind. Strukturell gesehen enthalten die CNNMs große zytosolische Bereiche, die aus einem CBS-Paar und einer zyklischen Nukleotid-bindenden Homologie-Domäne (CNBH) bestehen. Wie diese die Mg2+-Transportaktivität regulieren, ist unbekannt. Hier haben wir die Kristallstrukturen der zytosolischen Fragmente in zwei Konformationen bestimmt: Mg2+-ATP-analog gebunden und ligandenfrei. Die Strukturen zeigen offene und geschlossene Konformationen mit funktionell wichtigen Kontakten, die in den Strukturen der einzelnen Domänen nicht beobachtet wurden. Wir identifizierten außerdem eine zweite Mg2+-bindende Region in der CBS-Paar-Domäne und eine andere Dimerisierungsschnittstelle für die CNBH-Domäne. Analytische Ultrazentrifugation und isothermische Titrationskalorimetrieexperimente zeigten eine enge Korrelation zwischen Mg2+-ATP-Bindung und Proteindimerisierung. Mutationen, die beide Funktionen blockierten, verhinderten die zelluläre Mg2+-Efflux-Aktivität. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Mg2+-Efflux durch Konformationsänderungen reguliert wird, die mit der Mg2+-ATP-Bindung an die CNNM-CBS-Paar-Domänen verbunden sind.