A lattice-gas model for Rab5 domain formation on cell membranes.

In questa tesi si studia il processo di formazione di domini di Rab5 attivi sulla membrana degli endosomi precoci. Dal punto di vista fisico, questo fenomeno si può descrivere come una separazione di fase, tra i due stati attivo e inattivo, tipico delle piccole GTPasi come Rab5. Il nostro scopo è quello di osservare tale fenomeno utilizzando un modello computazionale di tipo reazione-diffusione che simula l'evoluzione temporale di un sistema di reazioni chimiche su una superficie sferica, ammettendo scambi con il cytosol. Per fare questo, abbiamo considerato un set di reazioni comprendenti i principali regolatori del processo: GEF, GAP e GDI, e identificato un insieme di valori realistici per i parametri del sistema, usando come referenza il lavoro di Bezeljak et al.(2020). È stato dunque condotto un lavoro sistematico di parametrizzazione del modello, per adattarlo alle esigenze imposte dal nostro algoritmo, e abbiamo effettuato delle simulazioni per vedere se il sistema evolve producendo la formazione spontanea di domini di Rab5, partendo da una distribuzione uniforme delle specie in membrana. Le simulazioni mostrano che la separazione di fase avviene all'interno di un intervallo finito di concentrazioni di GDI e di GEF. Il fatto che per basse concentrazioni di entrambe le specie non si osservi separazione di fase, e che la si ottenga aumentando gradualmente la loro quantità, è coerente con le osservazioni sperimentali precedenti ottenute da Cezanne et al.(2020) in vitro, e mostrano come un bilanciamento delle concentrazioni e dell'attività dei vari elementi costituenti il sistema sia cruciale per l'emergere di questo fenomeno. Il lavoro quindi conferma l'efficacia del nostro modello nell' esplorare e riprodurre fenomeni di auto-organizzazione su membrane cellulari, e di prevedere effetti, come la dipendenza da GDI e GEF, osservati sperimentalmente. Inoltre, nello specifico, mostra che il set di parametri considerato a partire dalla referenza di Bezeljak et al.(2020) porta effettivamente alla formazione di domini, oltre all'attivazione collettiva delle Rab, oggetto del loro studio.