3D modeling of the putative human surfactant proteins SP-G and SP-H and simulations in a pulmonary surfactant model system

Abstract

Surfactantproteine sind von der Lungenoberfläche bekannt, an der sie für die Stabilität und Flexibilität des Lipidsystems „Lungensurfactant“ verantwortlich sind. Unlängst wurden die zwei neuen, putativen Surfactantproteine SP-G und SP-H identifiziert, jedoch nicht näher charakterisiert. Daher wurden in dieser Arbeit Methoden der Proteinmodellierung und Moleküldynamiksimulation verwendet, um die experimentelle Erstcharakterisierung von SP G und SP H zu unterstützen und erste Hinweise auf deren Funktion zu erhalten. Dazu wurden 3D-Proteinstrukturmodelle erstellt und in einem Modellsystem des Lungensurfactants platziert. Die mit GROMACS durchgeführten Simulationen zeigten die Stabilität dieser Modelle und die Ausbildung von Interaktionen zwischen Proteinoberfläche und Lipiden auf atomarer Ebene. Diese Ergebnisse stellen ein starkes Indiz dafür dar, dass SP-G und SP-H in der Lage sind, mit Lipidsystemen zu interagieren und daher der Surfactantproteinfamilie zugeordnet werden können

Surfactant proteins from the lung surface are responsible for the stability and flexibility of the lung surfactant lipid system.Two new putative surfactant proteins called SP-G and SP-H were identified, but notfurther characterized until now. In this work, molecular modeling and simulation techniques were applied to support the experimental characterization of SP-G and SP-H and to obtain first insights into the function of these proteins. Therefore, 3D protein structure models were generated and placed in a lung surfactant model system. The performed molecular dynamics simulations with GROMACS showed the stability of these models and the formation of interactions between protein surface and lipids on an atomic scale. The obtained protein models were crucial for localization studies for SP G and SP H in human tissues. Furthermore, the simulation results showed that both proteins are indeed able to interact with lipid systems and thus are members of the surfactant protein family.