Verteilung strahleninduzierter Brüche auf den Geschlechtschromosomen von Microtus agrestis

Zusammenfassung Fibroblastenkulturen von weiblichen und männlichen Tieren der Erdmaus Microtus agrestis wurden mit Röntgenstrahlen von 250 R bestrahlt, um Aufschluß über Verteilung und Häufigkeit strahleninduzierter Chromosomenaberrationen im Eu- und Heterochromatin zu erhalten, und zwar insbesondere unter dem Aspekt der Selektion über einen längeren Zeitraum. Die Kulturen wurden zwischen 12 Std und 42 Tagen nach Bestrahlung abgebrochen. An Chromosomenaberrationen fanden sich dizentrische Chromosomen, Ringchromosomen und Deletionen. Die Aberrationsraten waren 12 Std nach Bestrahlung mit 31,5% beim Weibchen und 25,9% beim Männchen gegenüber 1,9% in den Kontrollkulturen deutlich erhöht. Diese Raten sanken während des weiteren Beobachtungszeitraums langsam ab.Die Lokalisation der Brüche ergab 12 Std nach Bestrahlung eine annähernd gleichmäßige Verteilung über das gesamte Chromosom; zu späteren Beobachtungszeitpunkten bilden sich über einzelnen Chromosomenabschnitten Bruchmaxima aus. Faßt man jeweils die Brüche auf den euchromatischen und heterochromatischen Abschnitten zusammen, so ergibt sich 12 Std nach Bestrahlung ein Bruchverhältnis von Euchromatin zu Heterochromatin wie 1:3, was umgerechnet auf gleiche Längenanteile wiederum einer Zufallsverteilung entspricht. Mit fortschreitender Kulturdauer sinken die Bruchraten im Euchromatin sehr viel rascher ab als im Heterochromatin, was zu einer deutlichen Verschiebung des Bruchverhältnisses zugunsten des Heterochromatins führt. Beim Weibchen liegt das Verhältnis, bezogen auf gleiche Längenanteile, nach 42 Tagen bei 1:4,5 und beim Männchen nach 23 Tagen bei 1:5,7.Dieser Selektionsvorteil von Zellen mit Chromosomenbrüchen im Heterochromatin gegenüber im Euchromatin geschädigten Zellen bestätigt die These, daß der Verlust heterochromatischer Abschnitte nicht zu einer Beeinträchtigung der Zellfunktion führen muß, d. h., daß das Heterochromatin für die Funktion der Zelle nur eine untergeordnete Rolle spielt.

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Distribution of radiation-induced breaks in the sex chromosomes of Microtus agrestis

Summary Fibroblast cultures from male and female field voles, Microtus agrestis, were exposed to an x-irradiation of 250 R in order to obtain data on the distribution and frequency of radiation-induced chromosome aberrations in eu- and heterochromatin, especially under the aspect of selection over a longer period of observation. The cultures were harvested between 12 h and 42 days after exposure. Chromosonal aberrations, such as dicentrics, rings and deletions, were observed in the following frequencies: 12 h after irradiation 31,5% in female and 25,9% in male cultures against only 1,9% in the control cultures. Further observation exhibited a slow decrease in the percentage of aberrations.The localisation of the breaks (deletions) 12 h after irradiation showed an approximately random distribution over the whole chromosome. At the later observation period the development of breakage maxima on some chromosome parts was observed. Compiling the breaks in the euchromatic and heterochromatic regions respectively a breakage ratio of 1:3 was observed 12 h after irradiation; this, when related to equal proportions of chromosomal length, corresponds again to a random distribution. At the later observation period cells with breaks in the euchromatin disappear much faster than cells damaged in the heterochromatin, which alters the breakage ratio in favor of the heterochromatin 42 days after irradiation, the female shows a ratio of 1:4,5 (again related to equal parts of chromosomal length); the male shows a ratio of 1:5,7, 23 days after irradiation.This selective advantage of cells with chromosome breaks in the heterochromatin over cells damaged in the euchromatin confirms the hypothesis, that loss of heterochromatic portions of a chromosome must not lead to impairment of cell growth, i.e., the heterochromatin plays only a subordinate role in the cell function.

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Wesentliche Teile dieser Arbeit wurden von Herrn Claus Waldenmaier als Dissertation der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg i. Br. vorgelegt.     

Cytologische Untersuchungen an einem menschlichen Abortus mit vorwiegend tetraploiden Zellen in vitro

Zusammenfassung In Gewebekulturen von einem Abortus (flüssigkeitsgefüllte Blase) lassen alle untersuchten Mitosen auf einen tetraploiden Chromosomensatz (92/XXXX) schließen. Zwei der vier X-Chromosomen sind spät replizierend.DNS-Messungen der Interphasenkerne (Feulgenphotometrie) ergeben vorwiegend Werte entsprechend tetraploiden Zellkernen neben 8% von Werten, die diploiden Zellkernen entsprechen. Zahl und Struktur der Sexchromatinkörperchen stimmen, mit der Ploidie der Zellkerne überein.Gegenüber Kontrollkulturen mit vorwiegend diploiden Zellen sind vermehrt multipolare Mitosen zu beobachten. Die Möglichkeit der Entstehung diploider Zellkerne aus tetraploiden durch multipolare Mitosen wird diskutiert.

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Cytological findings in a human abortus with predominant tetraploid cells in vitro

Summary In tissue cultures from an abortus (empty sack, containing fluid) all countable mitoses indicate a tetraploid chromosome complement (92/XXXX). Two of the four X-chromosomes are late replicating.DNA-measurements of interphase nuclei (Feulgen photometry) show values according to tetraploid nuclei in 92%, whereas 8% of nuclei have DNA values corresponding to diploid nuclei. Number and structure of sex chromatin bodies are in accordance with the ploidy of the cell nuclei.A relative high frequency of multipolar mitoses is found compared with basically diploid control cultures. The possibility of the origine of diploid cell nuclei from tetraploid nuclei as a result of multipolar mitoses is discussed.

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Mit teilweiser Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft     

Sur la structure des chromosomes salivaires de Bilobella massoudi Cassagnau (Collembola: Neanuridae)

This work is a study of the giant salivary chromosomes of a Collembolan species of the family Neanuridae, Bilobella massoudi, recently discovered in North Jugoslavia. The salivary glands of this species have a great number of nuclei (from 100 to 140) containing polytene chromosomes which are very short and easy to spread. Their number is diploid (2n=14), with sometimes partial pairing of the homologues and they are characterized by the presence of broad heterochromatic zones. Chromosomes VI and VII produce ringlike nucleoli. Differences of structure are observed in these chromosomes according to ecological conditions which influence the animal's life.

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Zusammenfassung Wir studieren in dieser Arbeit die Riesenchromosomen eines im Norden Yugoslaviens kürzlich entdeckten Collembolen der Neanuridae-Familie, Bilobella massoudi. Die Speicheldrüsen dieser Art besitzen zahlreiche Kerne (100–140), deren polytäne Chromosomen besonders kurz und leicht ausbreitbar sind. Ihre Zahl ist diploid (2n=14), und sie sind charakterisiert durch die Anwesenheit breiter, Scheiben- oder schärpenförmiger Zonen von negativem Heterochromatin. Zwei dieser Chromosomen (VI und VII) haben ringförmige Nukleolen.Strukturveränderungen wurden bei diesen Chromosomen bemerkt, je nach den ökologischen Bedingungen, denen diese Tiere unterworfen sind.

     

DNS-Replikation und Morphologie der X-Chromosomen während der Syntheseperiode bei Microtus agrestis

X-chromosome behaviour of female Microtus agrestis in interphase nuclei with and without large chromocenters was examined in cultured epithelial and fibroblast cells. By means of pulse-labeling, the configuration of the X-chromosomes in these nuclei can be illustrated; staining with pararosaniline-methylgreen seems to be most suitable. According to the replication behaviour, three types of chromatin can be discerned in the X-chromosomes: early replicating euchromatin, late replicating sex chromatin, and very late replicating heterochromatin. In fibroblasts only the sex chromatin forms a single, small chromocenter; in epithelial cells both the sex chromatin and the remaining heterochromatin form large chromocenters. Both types of heterochromatin replicate their DNA in the condensed state. It seems likely that the late replicating segments of the X-chromosomes (sex chromatin and remaining heterochromatin) are condensed in every cell, but they may not always be configurated or even visible as typical chromocenters; these segments could be distributed over a wide range of compact to more or less diffuse superstructures.     

Loss of heteropycnosis of the constitutive heterochromatin in specifically activated cells of the thyroid gland of Microtus agrestis

In nuclei of the inactive thyroid gland of Microtus agrestis the constitutive heterochromatin is heteropycnotic and forms large chromocenters. After specific activation of the thyroid gland with thyroid stimulating hormone (TSH), or with the thyrostatic methylthiouracil (MTU), an enlargement of cells and nuclei, a high mitotic activity and a despiralization of the contitutive heterochromatin are observed. The facultative heterochromatin, on the contrary, remains condensed. The structure of the nuclei of the parathyroid gland is not altered by the treatment with TSH or MTU. The findings permit the assumption that constitutive heterochromatin has specific functions, e.g. as a nucleolus organizer, which are blocked in the heteropycnotic state and active in the isopycnotic state.Supported by the Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft of the Federal Republic of Germany.     

Ring shaped nucleoli in liver cells of rats after treatment with Actinomycin D

Summary The incidence of ring shaped nucleoli was studied by means of light and electron microscopical methods in liver cells of rats injected intravenously with Actinomycin D in a dose of 150 g per kg body weight.Ring shaped nucleoli were most frequent 20 minutes after administration of Actinomycin D. The number of fragmented nucleoli was increased 20 minutes after administration of the drug and did not decrease even after 72 hours.Fibrillar ring like inclusions within nuclei and more perichromatin granules at the periphery of nucleoli were observed after treatment with Actinomycin D.

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Zusammenfassung Die Wirkung von Aktinomycin D (150 g/kg) auf die Leberzellen der Ratte wurde licht- und elektronenenmikroskopisch untersucht. 20 min nach intravenöser Aktinomycin-D-Gabe wurden ringörmige Nukleolen beobachtet. Die Zahl der fragmentierten Nukleolen war 20 min nach der Applikation gesteigert. Ihre relative Zahl änderte sich nach Aktinomycingabe nicht. Nach Behandlung der Tiere mit Aktinomycin D kann man in den Kernen der Leberzellen fibrilläre ringförmige Einschlüsse und eine größere Menge von perichromatin-granules an der Peripherie der Nukleolen beobachten.

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The authors are indebted to M. Mikoláová, V. Povolná, I. erníková and Dr. M. Titlbach for their help, to Dr. J. Chaloupka for providing Actinomycin D and to Professor Busch and Professor Wolf for many helpful suggestions.     

Proportionalitätsfehler bei der Feulgen-Hydrolyse

Zusammenfassung Beim Vergleich des Feulgen-Farbgehaltes verschiedener Zellkerne (Leberzellen, Lymphozyten, Granulozyten und Spermien) traten nach Alkoholfixierung Abweichungen der gemessenen Feulgen-Werte von den nach dem Gesetz von der DNS- Konstanz zu erwartenden DNS-Gehalt dieser Kerne auf. Verglichen mit den Feulgen-Werten der diploiden Leberzellkerne ergaben Lympho- und Granulozyten bei allen Hydrolysezeiten zu niedrige (bis zu minus 20%), haploide Spermien im postmaximalen Hydrolysebereich zu hohe Feulgen-Werte (z. T. sogar höhere Werte als die diploiden Zellkerne). Innerhalb desselben Zelltypes wurden dagegen, auch beim Vergleich der verschiedenen Ploidiestufen der Leberkerne, keine Differenzen festgestellt.Da die an Leukozyten und Spermien beobachteten Abweichungen nach Methanol-Formalin-Eisessig-Fixierung nicht mehr auftraten und auch durch UV-absorptionscytophotometrische Messungen nicht bestätigt werden konnten, muß man annehmen, daß es sich um Proportionalitätsfehler handelt, die auf Hydrolyseunterschieden beruhen.Für die quantitative Feulgen-Cytophotometrie scheint daher die Methanol-Formalin-Eisessig-Fixierung besser geeignet zu sein als die Alkoholfixierung, bei deren Verwendung es leicht zu Proportionalitätsfehlern während der Feulgen-Hydrolyse kommen kann.

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Proportionality errors during feulgen hydrolysis

Summary Comparing the Feulgen dye-content of different nuclei (liver cells, lymphocytes, granulocytes and sperms) after alcohol-fixation deviations were found between the measured Feulgen values and the DNA-content to be expected from the DNA-constancy law. The Feulgen values of lymphocytes and granulocytes proved to be lower (up to minus 20%) than those of diploid liver nuclei at all hydrolysis times, while in the postmaximal range of hydrolysis the values of the haploid sperms were too high (even higher than those of the diploid nuclei). Such differences did not appear when nuclei of the same cell type in different DNA- ploidy classes (liver nuclei) were compared.Those deviations of leucocytes and sperms were no longer found after fixation in methanol-formalin-glacial acetic acid and, in addition, could not be confirmed by UV-absorption measurements. For that reason we suppose them to be due to proportionality errors caused by variations in the hydrolytic behaviour of the different nucleoproteins.Thus fixation in methanol-formalin-glacial acetic acid seems to be more suitable for quantitative Feulgen measurements than alcohol-fixation, which may easily give rise to proportionality errors during Feulgen hydrolysis.Moreover, to avoid any false interpretation of Feulgen data we should suggest controll measurements using another independent method (f. e. UV-absorption), or — if this is impossible — to check the Feulgen values after different fixations and variant hydrolysis times (premaximal, maximal, postmaximal).

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Fluorescence banding pattern of the chromosomes of Microtus agrestis with a benzimidazol derivative

Summary The fluorescent banding pattern of the chromosomes of Microtus agrestis following staining with a benzimidazol derivative (Hoechst 33258) has been studied. All chromosomes allow easy identification because of their characteristic longitudinal differentiation. The X chromosomes of both sexes show intense fluorescence of the long arm and of a small proximal segment of the short arm, while the rest of the short arm reveals banding patterns. In the Y chromosome, the very short arm is nonfluorescent and the entire long arm shows bright fluorescence. Examination of the interphase nuclei of cultured fibroblasts suggests that the facultative and the constitutive heterochromatin fluoresce intensely only when strongly condensed. In contrast to some other species, in which heterochromatic chromosomal segments show a characteristic staining behaviour, i.e. either positive or negative, with the fluorochrome benzimidazol derivative, this compound behaves rather indifferently in the case of the heterochromatic contents in Microtus agrestis. The staining effects of the benzimidazol dye have also been compared with the various Giemsa and the Quinacrine staining techniques.

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Zusammenfassung Bei Verwendung des Benzimidazol-Derivat Hoechst 33 258 läßt sich an den Chromosomen von Microtus agrestis ein Fluorescenz-Bandenmuster beobachten, das an den Autosomen eine Identifizierung der einzelnen Elemente ermöglicht. Die X-Chromosomen beider Geschlechter weisen eine starke Fluorescenz des linken Arms und eines kleinen proximalen Segments des kurzen Arms auf, während der übrige kurze Arm ein Bandenmuster zeigt. Am Y-Chromosom ist der gesamte lange Arm hell fluorescierend, sein sehr kleiner kurzer Arm bleibt ungefärbt. Die Untersuchung von Interphasekernen in vitro kultivierter Fibroblasten spricht dafür, daß die Fluorescenz des konstitutiven und fakultativen Heterochromatins überwiegend auf seiner etwas stärkeren Kondensation beruht. Während das Benzimidazol-Derivat bei andren Species das konstitutive Chromatin elektiv entweder durch positive oder durch negative Fluorescenz darstellt, verhält es sich bei Microtus agrestis indifferent.

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Supported by Alexander von Humboldt Foundation.     

DNS-Reduplikationsmuster bei den Riesen-Geschlechtschromosomen von Microtus agrestis

Summary The X-chromosome of Microtus agrestis (2 n=50), comprising about 20 per cent of the homogametic haploid (AX) set, is the largest X-chromosome reported so far in placental mammals. It is four times the size of the X possessed by a great majority of mammals, including the human and the mouse. The Y-chromosome is also enormous, almost three-fifths the size of the X.The present cytological study concerned somatic interphase and prophase nuclei as well as the DNA replication pattern revealed by labeling cultured bone marrow cells with tritiated thymidine.In the male nuclus, the entire Y as well as the long arm and proximal part of the short arm of the X are late labeling and positively heteropycnotic. In the female, one entire X is late labeling and condensed, while the other X shows the same labeling pattern as the male X. Thus the pattern of inactivation of this huge X is such that in each diploid nucleus of both sexes, the amount of euchromatic X-chromosome material is the same as it is in the majority of placental mammals in which the X comprises about five per cent of the haploid set.

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Wesentliche Teile der vorliegenden Arbeit werden von Gertraud Flinspach als Dissertation der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg i.Br. vorgelegt.     

Strukturen endopolyploider Kerne im Bereich der Samenanlage einiger Monocotylen

Zusammenfassung Die Kerne der Antipoden vonHyacinthus orientalis (Kulturformen) undCrocus suaveolens wachsen endomitotisch heran und werden bei der erstgenannten Art schätzungsweise bis zu 32ploid, bei der anderen bis zu 64ploid.In diploiden sowie hypertriploiden Pflanzen vonHyacinthus sind zwei Strukturtypen der endopolyploiden Kerne vorhanden, und zwar solche mit gleichmäßiger Struktur und andere mit lockeren Bündeln von Endochromosomen. Im Nukleolus der Antipoden diploider Pflanzen tritt ein einziges wurstförmiges Endochromozentrum hervor; in den 1 oder 2 Nukleolen der hypertriploiden Pflanzen sind 2 solche Endochromozentren vorhanden.Die Kerne der endopolyploiden Antipoden vonCrocus suaveolens zeigen in einer euchromatischen Grundstruktur langgestreckte Endochromozentren, von denen eines in Verbindung mit dem Nukleolus steht. An diesem Nukleolus-assoziierten Endochromozentrum finden sich in manchen Kernen unmittelbar neben dem Hauptnukleolus zusätzliche kleine Nukleolen in verschiedener Zahl.Im Basalapparat des Endosperms vonAllium ursinum wurden in Kernen verschiedener Polyploidiegrade neben den bereits angegebenen Strukturen vereinzelt Riesenchromosomen beobachtet. Sie zeigen den charakteristischen Chromomerenbau.BeiNothoscordum fragrans geht das Kern Wachstum in den Synergiden, in den Antipoden und im Basalapparat des Endosperms endomitotisch vor sich. Die Biesenkerne des Endosperms zeigen Bündel von Endochromosomen mit Restspiralen.

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Summary The nuclei in the antipodals ofHyacinthus orientalis (cultivated forms) andCrocus suaveolens increase by endomitotic polyploidization; their highest degree of endopolyploidy is approximately 32 n inHyacinthus and 64 n inCrocus.In diploid as well as in hypertriploid plants ofHyacinthus two structural types of endopolyploid nuclei occur, viz. nuclei with equally distributed chromatin and others with loose strands obviously consisting of several to many endochromosomes. Within the nucleolus of the antipodals of diploid plants a single oblong chromocentre occurs, while in the 1 or 2 nucleoli of hypertriploids two such endochromocentres are regularly encountered.InCrocus suaveolens the nuclei of the endopolyploid antipodals show several oblong chromocentres together with the uniform euchromatic structure; one of them is connected with the nucleolus. In some nuclei this SAT-endochromocentre produces in close vicinity of the big main nucleolus additional small nucleoli in various number.As previously described, the basal apparatus of the endosperm ofAllium ursinum contains nuclei of various degrees of endopolyploidy; besides other well-known structures they show sporadically giant chromosomes with the characteristic chromomeric constitution.InNothoscordum fragrans the nuclei of the synergids, as well as those of the antipodals and the basal apparatus of the endosperm enlarge by endomitotic polyploidization. The giant nuclei of the endosperm show complex strands of endochromosomes with relic spirals.

     

Deletion und Translokation heterochromatischer Chromosomenabschnitte bei Microtus agrestis

Zusammenfassung In unbehandelten Nierenepithel-und Fibroblastenkulturen von Microtus agrestis wurden Brüche, Deletionen und Translokationen an den heterochromatischen langen Armen von X-und Y-Chromosomen in 2% aller Mitosen eines weiblichen und 3% der Mitosen eines männlichen Tieres gefunden. In tetraploiden Mitosen sind Deletionen häufiger als in diploiden zu finden. Die Deletionen treten sowohl auf dem X₁ und X₂ des Weibchens als auch auf dem X und Y des Männchens auf. Längenmessungen an normalen und deletierten Chromosomen ergaben, daß die bevorzugte Bruchlokalisation beim X-Chromosom am Übergang vom proximalen zum mittleren Drittel der langen Arme liegt, beim Y in der Mitte der langen Arme. Es wurden Translokationen der azentrischen Fragmente auf die langen Arme von X-Chromosomen und Fusion deletierter X-Chromosomen zu dizentrischen Chromosomen beobachtet, jedoch keine Translokation auf euchromatische Chromosomen. Das häufigere Auftreten von ein oder zwei deletierten Chromosomen in tetraploiden Zellen wird durch Fusion zweier diploider (Schwester-) Kerne in zweikernigen Zellen erklärt die durch Mitose ohne nachfolgende Plasmateilung einer diploiden Zelle mit Chromatidbruch oder deletiertem Chromosome entstanden sind.

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Deletion and translocation of heterochromatic chromosome segments of Microtus agrestis

Summary Breaks, deletions and translocations of the heterochromatic long arms of the X and Y chromosomes were found in 2% of all female mitoses and 3% of male mitoses of untreated kidney epithelial cell and fibroblast cultures of Microtus agrestis. Deletions are more frequent in tetraploid than in diploid mitoses. Deletions were found in the X₁ and X₂ of the female as well as in the X and Y of the male. Length measurements of normal and deleted chromosomes showed that the breaks in the X are preferentially located between the proximal and middle third of the long arm, whereas in the Y chromosome they are near the middle of the long arm. Translocations of acentric fragments to the long arms of X chromosomes and fusions of deleted X chromosomes resulting in dicentric chromosomes were also observed, but no translocations to euchromatic chromosomes could be found. The relatively high frequency of one or two deleted chromosomes in tetraploid cells is explained by a fusion of two diploid (sister-) nuclei in binucleated cells resulting from mitosis without cytoplasmic division of diploid cells with a break of a chromatid or a deleted chromosome.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Application of an established diploid Microtus agrestis cell line as a model for the understanding of mammalian heterochromatin

A diploid cell line from a male embryo of Microtus agrestis has been established. The culture techniques and pertinent morphological and molecular characteristics of the cell line are described. The cells have been in culture for 130 passages and maintain a normal diploid karyotype as judged by the standard and G banding chromosome techniques. The two giant sex chromosomes are visualized in interphase as two long heterochromatic fibers and the study of the repetitive DNA content of total chromatin, constitutive heterochromatin and euchromatin yielded similar results to those previously found in this laboratory for liver and brain of the same species. The use of this cell line as a model for the understanding of mammalian heterochromatin and for the localization of the site of integration of oncogenic viruses in a specific chromatin fraction is discussed.     

Beruht die Fluorochromfärbung von Zellkernen auf Elektroadsorption an der Eiweißphase?

Zusammenfassung Die rote Fluoreszenzfärbung toter Zellkerne nach Akridinorange-Behandlung beruht auf elektroadsorptiver Farbspeicherung.Die grüne Fluoreszenzfärbung, die auch unter dem IEP der Zellkerne auftritt und mit CaCl₂ nicht auswaschbar ist, beruht nicht auf Elektroadsorption, sondern auf chemischer Farbbindung.     

Struktur und Position der heterochromatischen Chromosomen in Interphasekernen von Microtus agrestis

Zusammenfassung In Gehirnzellen und Nierenepithelkulturen der Erdmaus, Microtus agrestis, wurden Struktur und Position der Interphasechromozentren untersucht. Die Chromozentren, die von den heterochromatischen Abschnitten der Riesen-Geschlechtschromosomen gebildet werden, erscheinen in Nervenzellen kompakt, in Nierenepithelkulturzellen von unterschiedlichem Kondensationszustand, der vom Zellzyklus unabhängig ist.In Gehirnausstrichen finden sich in 2/3 der Kerne 2 Chromozentren, in 1/3 ein einziges, doppelt großes Chromozentrum, das durch Fusion entstanden ist. Untersuchungen an in Orcein-Essigsäure suspendierten Gehirnzellen zeigen, daß in 88% der Kerne mit fusionierten Chromozentren das Chromozentrum an der Kernmembran, in 12% frei im Kerninneren liegt. In Kernen mit 2 isolierten Chromozentren liegen diese immer an der Kernmembran.Messungen des Abstandes der (in diploiden Kernen) 2 Chromozentren ergeben, daß die Chromozentren 2 Positionen bevorzugen: die Fusion zu einem doppelt großen Chromozentrum und die genau gegenüberliegende Position. Die Verteilung der Abstände deutet auf die Möglichkeit hin, daß sich zumindest die heterochromatischen Chromosomen von einem gewissen Schwellenabstand an somatisch paaren.Eine völlige Übereinstimmung der Position der Chromozentren in Schwesterkernen läßt sich sowohl bei einkernigen getrennten Schwesterzellen als auch in zweikernigen Zellen, die aus einer einkernigen Mutterzelle hervorgegangen sind, beobachten.

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Structure and position of heterochromatic chromosomes in interphase nuclei of Microtus agrestis

Summary Structure and position of chromocenters in interphase nuclei of Microtus agrestis (brain tissue and cultured kidney epithelial cells) were investigated. The chromocenters derived from heterochromatic portions of the very large sex chromosomes appear to be compact in nerve cells and variably condensed in cultured kidney epithelial cells. This variation in condensation is independent of the cell cycle.In smear preparations of brain tissue two thirds of the nuclei contain two chromocenters, whereas one third of the nuclei show one double sized chromocenter, presumably a fusion of two. Suspensions of nerve cells in orcein-acetic acid show that the large fused chromocenters are attached to the nuclear membrane in 88% of the nuclei with one chromocenter. If two isolated chromocenters are present they are always localized adjacent to the nuclear membrane.Measurements of the distance between the two chromocenters show a prevalence of two types of positions: a fusion to a double sized chromocenter and a vis-a-vis position. The frequency distribution of the distances suggest a tendency of somatic pairing of the heterochromatic chromosomes if they come close enough together.In mononucleated sister cells and in sister nuclei of binucleated cells derived from a mononucleated mother cell the position of the chromocenters is identical in the two nuclei.

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Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

A developmental study of constitutive heterochromatin in Microtus agrestis

In the vole, Microtus agrestis, the constitutive heterochromatin is largely restricted to the giant sex chromosomes but varies in its degree of condensation in various cell types. In the cleavage embryos and fibroblasts it formed one or two long and extended heterochromatic fibers, in hepatocytes it formed two large and diffuse masses and in neurons, spermatogonia and oogonia it formed two large and compact masses. The basic patterns of all differentiated cells were essentially unchanged throughout development.—At all stages of development and in cells of all types, mitotic nuclei displayed two large heteropycnotic chromosomes in prophase and persistent condensation in telophase. Apposition and delayed separation of chromatids of the giant chromosomes was also observed in metaphase and anaphase, respectively. During the first meiotic prophase of spermatocytes and oocytes, the giant chromosomes were also heteropycnotic.—The results strongly suggest that constitutive heterochromatin is localized in the same chromosomes throughout development and represents a specific entity.     

Funktionsmorphologie des Interrenalorgans von Rana temporaria L.

Zusammenfassung Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen des Interrenalorgans von Rana temporaria nach Aktivierung mit ACTH und Inaktivierung durch Hypophysektomie ergaben auffällige Veränderungen an fast allen Bestandteilen der Zellen dieses Organs.Stimulation mit ACTH bewirkt eine Vergrößerung des ganzen Organs, der einzelnen Zellen, ihrer Zellkerne und Nukleolen sowie eine Vermehrung der Mitochondrien und eine Auflockerung ihrer Struktur. Das Golgifeld wird vergrößert, das Zytoplasma vermehrt. Um die Mitochondrien liegen Membranen des glatten endoplasmatischen Retikulums, während die dichten Liposomen oft von zahlreichen Membranen des rauhen endoplasmatischen Retikulums umgeben sind. Nach anfänglicher Vergrößerung verschwindet das labyrinthartige Interzellularspaltensystem schließlich fast ganz. Die Zellvermehrung erfolgt auf amitotischem Wege. Diese morphologischen Veränderungen sind Anzeichen einer gesteigerten Aktivität des Organs. Sie werden durch die histochemischen Befunde einer erhöhten Basophilie und gesteigerten Steroiddehydrogenase-Aktivität ergänzt.Bei Inaktivierung des Organs durch Hypophysektomie verkleinern sich die Zellkerne und Nukleolen sowie das Golgifeld. Die elektronenleeren Vakuolen vermehren sich. Die Matrix der Mitochondrien wird dichter, und die Tubuli werden eng gepackt. Deutliche Kriterien der Inaktivität sind weiter die verminderte Basophilie und die geringere Steroiddehydrogenase-Aktivität.Die funktionelle Bedeutung der verschiedenen Zellstrukturen wird in Verbindung mit biochemischen Daten der Steroidsynthese diskutiert.

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Functional morphology of the interrenal organ in the frog, rana temporaria L

Summary Light and electron microscopical investigations of the interrenal organ of Rana temporaria after activation by ACTH and inactivation by hypophysectomy resulted in striking alterations of nearly every organelle of the cells.Stimulation with ACTH causes an enlargement of the whole organ, the individual cells, and their nucleus and nucleolus. Moreover there is a marked increase in the number of mitochondria, the tubules of which are less closely packed under these conditions. Also the Golgi field is more voluminous. The mitochondria are surrounded by membranes of the smooth endoplasmic reticulum whereas the membranes around the electron dense lipid droplets are studded with ribosomes. During the initial phase of activation the cellular periphery elaborates a highly irregular system of vacuoles and microvilli, which later disappears again. The number of cells increases by amitosis. These morphological indications of activity are confirmed by a higher activity of steroid dehydrogenase and an increased basophilia of the cytoplasm.After inactivation of the organ by hypophysectomy the nuclei and nucleoli as well as the Golgi field become smaller. The lipid droplets which exhibit no electron density are increased in size and number. The matrix of the mitochondria becomes more electron dense, their tubules are more closely packed, and their diameter decreases. Further indications of inactivity, which can be demonstrated by histochemical methods, are a decreased activity of steroid dehydrogenase and a less pronounced basophilia.The functional significance of the different cell structures is discussed in connection with biochemical data of steroid synthesis.

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Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Arrangement of spindle apparatus in mitoses of different ploidy

In non-hypotonically treated mitoses from tissue cultures of Microtus agrestis, both the constitutive heterochromatin of the sex chromosomes and the spindle apparatus were stained by the Giemsa C-banding technique. By means of counting the heterochromatic chromosomes, we determined the cell ploidy and studied the number of centrioles and the spindle arrangement of diploid, triploid, tetraploid and octoploid mitoses. Diploid and triploid prophases contained 2 centrioles in most cases, tetraploid prophases 4, binucleate cells with 2 diploid nuclei likewise 4 and binucleate cells with 2 tetraploid nuclei 8 centrioles. Nearly 99% of diploid and triploid metaphases were bipolar. Of the tetraploid metaphases only 45% were bipolar, 29.5% tripolar, 7.5% quadripolar and 18% formed as a parallel mitosis. In all examined binucleate cells that had had an asynchronous DNA synthesis, a multipolar mitosis was found.     

Localization of repetitive DNA in the chromosomes of Microtus agrestis by means of in situ hybridization

Heterochromatin in the European field vole, Microtus agrestis, was studied using a special staining technique and DNA/RNA in situ hybridization. The heterochromatin composed the proximal 1/4 of the short arm and the entire long arm of the X chromosome, practically the entire Y chromosome and the centromeric areas of the autosomes. By using the DNA/RNA in situ hybridization technique, repeated nucleotide sequences are shown to be in the heterochromatin of the sex chromosomes.Supported in part by Research Grants DRG-1061 and 269 from the Damon Runyon Memorial Fund for Cancer Research, G-373 and G-267 from the Robert A. Welch Foundation.     

Spezifische Giemsa-Färbung von heterochromatischen Chromosomensegmenten bei Vicia faba,Allium cepa und Paeonia tenuifolia

Zusammenfassung Im theoretischen Teil werden die verschiedenen Hypothesen über den Mechanismus der unterschiedlichen Giemsa-Färbung von Eu- und Heterochromatin diskutiert. Im experimentellen Teil wird das Giemsa-Bandenmuster bei Vieia faba, Allium cepa und Paeonia tenuifolia beschrieben. Sowohl in den stark kondensierten Metaphase-Chromosomen als auch in den Interphase-Kernen können die heterochromatischen Chromosomensegmente auf Grund der stärkeren Giemsa-Färbung vom Euchromatin unterschieden werden. Die Zahl der Chromocentren ist jedoch in den meisten Fällen kleiner als die der Giemsa-Banden in den Metaphase-Chromosomen, was auf die Fusion heterochromatischer Chromosomenabschnitte in der Interphase hinweist.Innerhalb einer Art zeigen auch nicht-homologe Chromosomen ein ähnliches Giemsa-Bandenmuster. Diese für eine Art charakteristische Verteilung von Eu- und Heterochromatin wurde von Heitz (1935) als äquilokale Heterochromatie bezeichnet. Die Bedeutung dieser Erscheinung ist weitgehend unbekannt.

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Differential Giemsa staining of heterochromatic regions in the chromosomes of Vicia faba, Allium cepa and Paeonia tenuifolia

Summary Hypotheses for the mechanism of differential Giemsa staining of euchromatin and heterochromatin are discussed. The banding-patterns of Vicia faba, Allium cepa and Paeonia tenuifolia are described. Heterochromatic chromosome segments have been identified in metaphase chromosomes to correspond with those to be found in interphase nuclei. The fact that the number of chromocenters is usually smaller than the number of Giemsa bands in the metaphase chromosomes is supposed to be due to fusion of heterochromatic sections during interphase. Within each species non-homologous chromosomes exhibit similar patterns. The significance of this phenomenon, which has been called aequilocal heterochromacy by Heitz, is so far unknown.