Familjen av cystathionin-β-syntas (CBS)-pardomäner för transportmediatorer för divalenta metallkatjoner (CNNMs) består av fyra integrala membranproteiner som är associerade med Mg2+-transport. Strukturellt sett innehåller CNNMs stora cytosoliska regioner som består av ett CBS-par och en CNBH-domän (cyclic nucleotide-binding homology). Hur dessa reglerar Mg2+-transportaktiviteten är okänt. Här har vi bestämt kristallstrukturerna av cytosoliska fragment i två konformationer: Mg2+-ATP-analog bunden och ligandfri. Strukturerna avslöjar öppna och slutna konformationer med funktionellt viktiga kontakter som inte observerats i strukturer av de enskilda domänerna. Vi identifierade också en andra Mg2+-bindande region i CBS-par-domänen och ett annat dimeriseringsgränssnitt för CNBH-domänen. Experiment med analytisk ultracentrifugering och isotermisk titreringskalorimetri avslöjade en nära korrelation mellan Mg2+-ATP-bindning och proteindimerisering. Mutationer som blockerade någon av funktionerna förhindrade cellulär Mg2+-utflödesaktivitet. Resultaten tyder på att Mg2+-utflödet regleras av konformationsförändringar i samband med Mg2+-ATP-bindning till CNNM CBS-par-domäner.