נושא הפרוייקט
מספר פרוייקט
מחלקה
שמות סטודנטים
אימייל
שמות מנחים
מדידת הקשיחות של גרעין התא כגילוי מקדים להתפרצות מחלת האלצהיימר
Measuring Nucleus Stiffness as a Precursor to Alzheimer’s Outbreak
תקציר בעיברית
המנגנון שעומד מאחורי מחלת האלצהיימר עדיין אינו ידוע במלואו, אך עם זאת קיימים שני חלבונים עיקריים שהוכחו במחקרים קודמים כקשורים להתפתחות המחלה. החלבון הראשון הוא Amyloid-β שיוצר משקעים בין הנוירונים ומונע מהתאים לתקשר באמצעות אותות חשמליים, ובכך תפקוד המוח נפגע. החלבון השני הוא TAU שבזמן מחלה יוצר סבכים בתוך התאים וגרם למותם, מחקרים בעבר הוכיחו כי סבכים אלו מופיעים בדרך כלל בשלבים מוקדמים של המחלה לפני היווצרות משקעי האמילואידים. ממצא חדש של המחלקה לביולוגיה הראה כי מלבד הסבכים שחלבון TAU יוצר בתוך התאים, תחת תנאים מסוימים, חלק מהחלבון נקשר למעטפת הגרעין לבסוף חודר פנימה וגורם לזליגה של DNA מחוץ לגרעין התא. השערת המחקר הינה שהיקשרות החלבון לממברנת הגרעין גורמת לה להיות קשיחה ושבירה יותר. מסיבה זו, מדידת הקשיחות של גרעיני תאים בריאים וחולים יכולה לספק טביעת אצבע ייחודית לאפיון התהליך בעזרת תכונות מכניות שונות. על מנת לבחון את ההשערה נלקחו תאי shsy5y בשלושה תנאים כאשר קבוצת הביקורת הינה תאים "בריאים" ושני הסוגים הנוספים הם תאים שהודבקו במחלה האחד בעזרת חלבון מסוג WT והשני בעזרת פרגמנט N-Ter. בעזרת מכשיר ה-AFM נבדקו גרעיני התאים השונים והתקבלו מפות כוח עבור כל אחד מהתאים הנמדדים כאשר כל נקודת מדידה מיוצגת בעזרת עקומת כוח-מרחק. על ידי התאמה של מודל הרץ לעקומת ההתארכות ניתן לחלץ את ערכו של מודול האלסטיות עבור כל נקודת מדידה. לפי השערת המחקר, נצפה לקבל כי מודול האלסטיות עבור התאים ה"חולים" יראה ערכים גבוהים יותר מאשר של קבוצת הביקורת וזאת עקב היקשרות החלבון שגורמת להקשחה של ממברנת הגרעין.
תקציר באנגלית
The full mechanism behind Alzheimer’s disease is yet to be understood, although it thought to be caused by an abnormal accumulation of proteins in and around the neurons. The first protein is Amyloid-β that forms plaques between the cells and blocks the synapses signaling. The second protein is TAU when in a disease state it forms tangles inside the cells causing them to die, previous studies have shown that TAU tangles usually appear in an early stage of the disease before amyloid plaques are detected. A new finding by the Department of Biology showed that apart from the tangles that TAU protein forms inside the cells, under certain conditions, part of the protein binds to the nuclear membrane and eventually enters it causing the DNA to come out. Our working hypothesis is that when the protein binds to the nuclear membrane it makes the membrane more rigid and fragile. Probing the stiffness of the nuclear membrane of healthy and diseased cells, can provide a mechanical fingerprint for this process. In order to test the assumption, shsy5y cells were tested in three different conditions. The control group is “healthy” cells and the other two groups are infected with the disease, where the first one was infected with the WT protein and the other one with N-Ter fragment. Using the AFM, the nuclei of different cells were examined and force maps were obtained for all the measured cells, where each contact point represented by a force-distance curve. By fitting the Hertz model to the extension curve, we can get the value of the Young’s modulus for each contact point. According to the research hypothesis, we expect that the infected cells will show higher values of Young’s modulus due to the binding of the protein that causes higher stiffness of the nuclear membrane.