Divide & Conquer: Surfactant Protein SP-C and Cholesterol Modulate Phase Segregation in Lung Surfactant

Abstract

Lung surfactant (LS) is an essential system supporting the respiratory function. Cholesterol can be deleterious for LS function, a condition that is reversed by the presence of the lipopeptide SP-C. In this work, the structure of LS-mimicking membranes has been analyzed under the combined effect of SP-C and cholesterol by deuterium NMR and phosphorus NMR and by electron spin resonance. Our results show that SP-C induces phase segregation at 37°C, resulting in an ordered phase with spectral features resembling an interdigitated state enriched in dipalmitoylphosphatidylcholine, a liquid-crystalline bilayer phase, and an extremely mobile phase consistent with small vesicles or micelles. In the presence of cholesterol, POPC and POPG motion seem to be more hindered by SP-C than dipalmitoylphosphatidylcholine. The use of deuterated cholesterol did not show signs of specific interactions that could be attributed to SP-C or to the other hydrophobic surfactant protein SP-B. Palmitoylation of SP-C had an indirect effect on the extent of protein-lipid perturbations by stabilizing SP-C structure, and seemed to be important to maximize differences among the lipids participating in each phase. These results shed some light on how SP-C-induced lipid perturbations can alter membrane structure to sustain LS functionality at the air-liquid interface.

Exogenous Surfactants of Natural Origin in the Treatment of Respiratory Distress Syndrome - Comparative Composition, Biophysical Properties and Clinical Effectiveness

“…Сурфактанти природного походження також класифікують за технологією виробництва (див. нижче) і походженням [31,32,33,34 ]. Їх можуть виробляти із тваринної сировини (бичачих або свинячих легень) або людських навколоплодових вод [35].…”

“…Після цього ліпіди і білки сурфактанту екстрагують сумішами органічних розчинників, найчастіше, хлороформом з метанолом, отримуючи органічний екстракт натурального легеневого сурфактанту. Під час цієї процедури, на жаль, втрачаються гідрофільні білки сурфактанту A і D. На кінцевому етапі для видалення нейтральних ліпідів зазвичай застосовують осадження ацетоном або хроматографію [31].…”

“…Застосування останньої процедури забезпечує винятково високу концентрацію ФЛ (80 мг/мл) у цьому препараті. Частка основного поверхнево-активного ліпідного компоненту сурфактанту, ДПФХ, коливається від 70% у берактанті до 35-56% у порактанті, 40% в кальфактанті і 42% у препараті BLES [31].…”

“…Ці ФЛ діють разом з гідрофобними білками SP-B та SP-C, сприяючи швидкому транзиту поверхневоактивних молекул із двошарових структур на поверхню рідина-повітря. Препарати екзогенного сурфактанту, як і ендогенний сурфактант, містять двошарові структури, яким після введення у проксимальні дихальні шляхи потрібно швидко й ефективно потрапити та поширитися на поверхні розподілу рідина-повітря у всіх легенях [31]. ФІ може мати дещо більшу активність у сприянні поверхневій адсорбції ДПФХ порівняно з ФГ.…”

“…ПОФХ та інші ненасичені ФЛ прискорюють міжфазну адсорбцію сурфактанту завдяки покращенню його рідинних властивостей. Кілька досліджень підтвердили подібний за складом профіль молекулярних сполук ФХ у сурфактанті свинячих та людських легень, припускаючи, що препарати екзогенного сурфактанту свинячого походження є ефективними замінниками людського сурфактанту [31].…”