Male GTPaze iz obitelji Rho dobro su poznate kao važni regulatori aktinskog citoskeleta. Proteini iz potporodice Rac prvenstveno su uključeni u regulaciju stanične pokretljivosti, invazivnosti i adhezije, a njihova deregulacija povezana je s patogenezom brojnih bolesti. Rac GTPaze primarno potiču stvaranje staničnih izbočina koje nastaju polimerizacijom aktina, ali izvješća o učincima nedostatka proteina Rac u različitim staničnim linijama sisavaca nisu dosljedna. Poput sisavaca, ameboidne stanice protista Dictyostelium discoideum posjeduju tri osnovne izoforme proteina Rac, ali nije razjašnjeno u kojoj su mjeri ta tri proteina funkcionalno redundantna.

Područja plazmatske membrane u kojim se pretežno nalaze aktivna mala GTPaza Rac1 (zeleno) i njezin efektorni protein DGAP1 (magenta) rotiraju u smjeru kazaljke na satu.

Pitanje redundantnosti Rac GTPaza u protistu D. discoideum proučit ćemo provođenjem sveobuhvatne fenotipske karakterizacije nedavno kreiranih mutiranih staničnih linija koje eksprimiraju parove ili samo pojedinačne izoforme GTPaze Rac1. Usredotočit ćemo se na procese koji uključuju aktinski citoskelet, kao što su stanični rast, fagocitoza, makropinocitoza, migracija, adhezija, kemotaksija, citokineza i višestanični razvoj. Također ćemo proučavati ponašanje stanica kojima nedostaju izoforme Rac1 u uvjetima rasta u trodimenzionalnom okolišu, pod kompresijom, u struji tekućine i na ljepljivim površinama. Prekid signalnih putova koji vode do uočenih fenotipova istražit ćemo studijama lokalizacije i interakcija efektora GTPaza Rac1 u stanicama mutanata. Aktivnost preostalih izoformi Rac1 u dvostrukim mutantima istražit ćemo praćenjem lokalizacije fluorescentne sonde specifične za njihov aktivni oblik Rac1-GTP.

Nedavno smo otkrili da aktivnost proteina Rac1 u stanicama D. discoideum može imati oscilatornu dinamiku. Razvit ćemo elementarni deterministički i stohastički reakcijsko-difuzijski model dinamike Rac1 s očuvanjem mase koji će uključiti samo njihovu aktivaciju, deaktivaciju i difuziju. Usporedba između opažene i simulirane dinamike pojedinačnih izoformi Rac1 omogućit će nam da donesemo zaključke o specifičnim regulatornim mehanizmima koji kontroliraju vezanje proteina Rac1 na membranu i njegovo otpuštanje s membrane, te spregu tih procesa s ciklusom aktivacije i deaktivacije.