Organization of human mitotic chromosomes

Summary Examinations of human mitotic chromosomes using an electron microscope since the last review in Humangenetik (Schwarzacher, 1970) were summarized. Three methods were used for preparation: ultrathinnsectioning, spreading- and critical point drying and a method for comparing cells in the light and electron microscope.These three methods showed that fibrils are the main elements of organization of chromosomes. Fibrils with a diameter of 20–40 Å, of 100 Å, of 250 Å and thick fibrils (bundles) of 500–1000 Å thickness were described.A comparison of chromosomes in the light and electron microscope showed, that metaphase chromosomes can be characterized by the number of their primary coils.Examinations of Giemsa-banding techniques with electron microscope showed fibrils as being clearly visible. G bands are coils of thick fibrils (up to 1000 Å).The methods based on these new results were discussed.

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Zusammenfassung Es wurde der Stand der Untersuchung menschlicher Mitosechromosomen im Elektronenmikroskop seit der letzten in Humangenetik erschienenen zusammenfassenden Arbeit (Schwarzacher, 1970) behandelt. Drei Methoden wurden bei der Präparation angewandt: Ultradünnschnittechnik, Spreitungs- und Kritischer-Punkt-Trocknungstechnik und vergleichende licht- und elektronenmikroskopische Methode.Alle drei Methoden zeigten, daß Fibrillen wesentlich am Bau von Chromosomen beteiligt sind. Es wurden Fibrillen mit einem Durchmesser zwischen 20 und 40 Å, Fibrillen mit ca. 100 Å, Fibrillen mit 250 Å und dicke Fibrillen (Bündel) mit 500–1000 Å Durchmesser beschrieben.Vergleichende licht- und elektronenmikroskopische Techniken zeigten, daß Metaphasechromosomen durch ihre Primärwindungen zu charakterisieren sind.Untersuchungen der Giemsabandentechniken im Elektronenmikroskop ergaben, daß Fibrillen deutlicher zur Darstellung kommen. G-Banden imponieren als Coils aus dicken Fibrillen (bis 1000 Å) aufgebaut.Aus den neuen Befunden resultierende Modelle werden diskutiert.

     

Ultrastructure of the human chromosome fiber

Summary Human chromosomes and their fibers were studied by electron microscopy as whole mounts in metaphase and interphase after surface spreading and critical point drying and as thin sections after fixation and embedding. Chromosomes and interphase nuclei were composed of irregularly coiled fibers measuring about 200 to 300 Å in width. Thinner and straighter chromosome fibers were produced by stretching or NaCl extraction. Thin sections of metaphase chromosomes showed 200 Å wide granular outlines containing regularly coiled 70–80 Å wide fibrils. These smaller substructures appeared hollow with a 20 Å thick electron dense wall. The possible arrangement of the DNA molecule as a tertiary coil in the chromosome fiber of living cells is suggested.

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Zusammenfassung Menschliche Chromosomen und-Fäden in Meta- und Interphase wurden als Totalpräparate nach Oberflächenspreitung und Kritischer-Punkt-Trocknung und als Dünnschnitte nach Fixierung und Einbettung mit dem Elektronenmikroskop untersucht. Metaphase-Chromosomen und Interphase-Kerne fanden sich als aus unregelmäßig gewundenen Fäden von 200–300 Å Dicke bestehend. Durch Dehnung und NaCl-Extraktion wurden diese Chromosomenfäden dünner und gerader. Dünnschnitte der Metaphase-Chromosomen zeigten 200 Å breite granuläre Fadenkonturen, die regelmäßig gewundene, spiralig angeordnete 70–80 Å breite Fibrillen enthielten. Diese fibrillären Unterstrukturen erschienen hohl mit einer 20 Å dicken elektronendichten Wand. Die mögliche Anordnung des DNA-Moleküls als Tertiärschraube im Chromosomenfaden lebender Zellen wird diskutiert.

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Supported by a grant (La 185/3) of the Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Die Ergebnisse elektronenmikroskopischer Untersuchungen an somatischen Chromosomen des Menschen

Zusammenfassung Die Ergebnisse elektronenmikroskopischer Untersuchungen an somatischen Chromosomen werden zusammenfassend dargestellt und diskutiert. Es scheint kein Zweifel zu bestehen, daß das wesentliche Bauelement der Chromosomen Fibrillen sind, die als Elementarfibrillen bezeichnet werden. Die Elementarfibrillen haben einen Durchmesser von 100–150 Å in sofort fixiertem Material und 150–300 Å in Material, das vor der Fixierung einer hypotonen Behandlung ausgesetzt worden war. Dies gilt sowohl für Schnittpräparate wie für mit verschiedenen Techniken gewonnene Totalpräparate. Die Elementarfibrille entspricht dem DNS-Histon-Komplex, sie besteht wahrscheinlich aus einer in Falten gelegten feinen Fibrille von 20 Å Dicke (vermutlich ein DNS-Doppelschraubenmolekül) mit einer Histonhülle. Wie viele Elementarfibrillen ein Chromatid aufbauen, ist nicht sicher anzugeben, doch spricht nichts gegen die Annahme, daß ein Chromatid aus einer einzigen durchgehenden, in mehr oder weniger unregelmäßige Falten gelegten Elementarfibrille, und damit aus einem DNS-Molekül besteht. Menschliche Chromosomen lassen keine Subchromatidstrukturen erkennen.

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The results of electron microscopy on somatic chromosomes of man

Summary The results of electron microscopic studies on somatic chromosomes are reviewed and discussed. There seems to be no doubt that the main structural components of the chromosomes are fibrils; these are termed elementary fibrils. The diameter of these elementary fibrils is 100–150 Å in immediately-fixed material and 150–300 Å in material which before fixing has been subjected to hypotonic treatment. This applies equally to section preparations and to total preparations obtained using various techniques. The elementary fibril corresponds to the DNA-histone complex and is probably composed of a fine, multifolded fibril 20 Å thick, presumably a DNA double-helix molecule, possessing a histone sheath. It cannot be stated with certainty how many elementary fibrils form a chromatid, but nothing contradicts the assumption that a chromatid is formed of a single, continuous, irregularly-folded elementary fibril, i.e. of one DNA molecule. No subchromatids can be detected in human chromosomes.

     

Zur Ultrastruktur der Chromosomen des Menschen

Zusammenfassung Dünnschnitte von hypoton vorbehandelten Metaphase-Chromosomen des Menschen zeigen im Elektronenmikroskop unregelmäßig und vielfach gefaltete Fibrillen von ca. 200–250 Å Durchmesser. Nach Uranylacetatkontrastierung ist vorwiegend das Zentrum der Fibrillen dargestellt, während nach Phosphorwolframsäurebehandlung die Peripherie kontrastiert ist. Die Fibrillen erscheinen durch die hypotone Vorbehandlung wahrscheinlich verdickt.Als wahrscheinlichste Deutung der Bilder wird angenommen, daß eine Fibrille, die aus einem DNS-Doppelschraubenmolekül mit einem Histongerüst besteht, in viele kleine Falten und Schlingen gelegt, einen dickeren Strang, der einem chromatid entspricht, aufbaut. In der Metaphase ist dieser Strang noch zusätzlich in große Windungen gelegt.

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Ultrastructure of chromosomes

Summary Electron microscopy of sections of hypoton pretreated human metaphase chromosomes reveal irregular and multiple folded fibrils ca. 200–250 Å thick. After staining with uranyl acetate the central core of the fibrils is contrasted, whereas after treatment with phosphor tungsten acid the periphery is stained. The fibril appears to be thickened due to the hypotonic pretreatment.The most propable interpretation seems to be, that one fibril, made up of a DNA double helix and a histon-frame, is laid into many irregular minor foldings building up a strand corresponding to a chromatid. In metaphase this strand is laid into major coils.

     

Elektronenmikroskopische Untersuchungen über die Fibrillogenese in der Haut menschlicher Embryonen

Zusammenfassung Hautstücke aus der Rückengegend von zwei menschlichen Embryonen mit einer Scheitel-Steißlänge von 62 und 128 mm (Mens II und V) wurden elektronenmikroskopisch untersucht.Das subepidermale Bindegewebe des jüngeren Embryos enthält Fibroblasten mit einem oder mehreren Fortsätzen, zwischen denen einzelne Fibrillen oder kleine Fibrillenbündel liegen. Das endoplasmatische Retikulum dieser Elemente ist stark ausgeprägt. Sein Hohlraumsystem hat in den einzelnen Zellen einen verschiedenen Füllungsgrad. Die Membranen liegen entweder dicht zusammen oder sind mehr oder weniger auseinandergedrängt. Auf diese Weise können große Zisternen mit granulärem Inhalt entstehen. Den Membranen sitzen 80–100 Å und 160 Å dicke Granula auf. Außerdem werden Vesiculae von 150–400 Å Durchmesser an den Membranen beobachtet. Frei im Cytoplasma liegen zahlreiche Vesiculae mit Durchmessern bis zu 6000 Å. Die Dicke der Fibrillen variiert nur wenig; sie beträgt durchschnittlich 200 Å, die Perioden sind 300–400 Å lang.Die Fibroblasten in der Haut eines 5 Monate alten Embryos sind den Fibroblasten des jüngeren Embryos sehr ähnlich, doch ist hier die Zahl der vesikulären Strukturen geringer. Im Interzellularraum verlaufen nunmehr Fasern aus 100 und mehr Fibrillen. Die durchschnittliche Fibrillendicke beträgt 300 Å; die Perioden sind 400–500 Å lang.Das endoplasmatische Retikulum in den Fibroblasten wird für die Kollagensynthese verantwortlich gemacht, die man sich folgendermaßen vorstellen kann : Der Fibroblast liefert wahrscheinlich das Kollagen in Form des monomeren Tropokollagenmoleküls. Dieses Material sammelt sich in den Zisternen an und wird dann nach außen abgegeben. Extrazellulär bauen sich aus diesen Vorstufen Fibrillen auf. Aus diesem Grunde lassen sich Fibrillen auch nur extrazellulär elektronenmikroskopisch nachweisen. Die Zellmembran scheint eine Rolle bei der Ausrichtung der Fibrillenbündel zu spielen. Die vesikulären Strukturen der Fibroblasten werden mit der Mukopolysaccharidsynthese in Zusammenhang gebracht, deren Bedeutung für die Fibrillogenese diskutiert wird.Im Coriumbereich menschlicher Embryonen kommen noch zwei andere Zelltypen vor, die für undifferenzierte Mesenchymzellen und Histiozyten gehalten werden.Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Elektronenmikroskopische Untersuchung des Trypanosoma cruzi mit besonderer Berücksichtigung des Periplasten und des Blepharoplasten

Zusammenfassung Der Periplast der begeißelten Trypanosomen (Trypanosoma Cruzi) und der Leishmaniaform besteht aus einer 130 Å dicken, dreigeschichteten Membran und den unmittelbar daruntergelegenen Fibrillen. Jede der beiden osmiophilen Membranschichten des Periplasten ist 45 Å dick; die osmiophobe Mittelschicht mißt 40 Å. Die Fibrillen sind 200–210 Å dick und liegen als wandverstärkende Röhrchen unmittelbar an der Innenfläche der Hüllmembran. Der helle röhrenförmige Innenraum der Fibrillen hat einen Querdurchmesser von 90–100 Å. Der seitliche Abstand der Fibrillen mißt etwa 320 Å.Der Blepharoplast ist ein etwas gekrümmter, scheibenförmiger Körper mit einem Längsdurchmesser von 0,75–1,35 und einem Querdurchmesser von 0,2–0,3 . Er liegt gemeinsam mit dem Basalkörperchen an der Geißelbasis. Der Blepharoplast gibt eine positive Feulgen-Nuklealreaktion und enthält Desoxyribonukleinsäure. Elektronenmikroskopisch finden sich im Innern des Blepharoplasten helixförmig angeordnete 125 Å dicke Fibrillen, die einen 35 Å im Querdurchmesser messenden helleren Innenraum aufweisen. Die Hülle des Blepharoplasten besteht aus einer mitochondrienähnlichen Doppelmembran, die an einigen Stellen auch Cristae bildet. An der zur Geißelbasis gerichteten Oberfläche des Blepharoplasten kommen knospenförmige und länglich ausgezogene mitochondrienähnliche Fortsätze vor, von denen wir vermuten, daß sie Mitochondrien nach Abschnürung vom Blepharoplasten darstellen. In diesen Fortsätzen finden sich zahlreiche Innenmembranen, die manchmal stark ineinander verzahnt sind. Offenbar werden sie von der Hüllmembran des Blepharoplasten gebildet. Es wird angenommen, daß der Blepharoplast ein mit Desoxyribonukleinsäure und Lipoproteinen, möglicherweise auch mit Atmungsfermenten besonders ausgestattetes Zellorganell ist, das sich zu teilen vermag, den Zellkern und die Zellteilung beeinflußt sowie produktiv an der Bildung der Mitochondrien beteiligt ist.Die Zellteilung der Parasiten beginnt mit einer Bildung von Tochterkörperchen durch die Basalkörperchen und der Ausbildung einer zweiten Geißel. Die Filamente der zweiten Geißel werden im Zytoplasma der Mutterzelle gebildet. Danach teilt sich der Blepharoplast quer zur Längsachse. Der Blepharoplast ist vor der Teilung etwa 1,35 lang und schwalbenförmig. Nach der Querteilung des Blepharoplasten erfolgt erst die Kernteilung und die Längsteilung des Zytoplasmas.Die Befunde wurden auf der 28. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie in Düsseldorf am 2. 5. 1961 von H. Schulz vorgetragen.     

Neue Befunde zur Struktur der Chromosomen

Zusammenfassung Das strukturelle Element eukaryotischer Chromosomen ist die aus DNS und Histonen bestehende Chromatinfibrille von ca. 100 bis 200 Å Durchmesser. Ein Chromatid besteht in den meisten Species aus einer Chromatinfibrille, die vielfach und unregelmäßig gefaltet von einem Ende zum anderen durchgeht. Die Chromatinfibrille ist aus einer Kette von Nukleosomen aufgebaut, die von zentral liegenden Histon-Körperchen, um die sich die DNA schlingt, gebildet werden. Die Nukleosomen sind in isolierten Chromatinfibrillen sowie in Dünnschnitten durch Chromosomen nach verschiedenen Fixierungen nachzuweisen. Die Bildung der dicken und kurzen Metaphasenchromosomen geschieht durch Spiralisation, wobei sich die dünnen Prophasen-Chromosomen in regelmäßige große Windungen legen. Die Entstehung großer Windungen ist auch in durch Fusion mit Metaphasen vorzeitig kondensierten Chromosomen zu beobachten. Außer den großen Windungen gibt es aber keine konstante regelmäßige Anordnung der Chromatinfibrille. In der Ana- und Telophase tritt eine diffuse Dekondensation ein.

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Summary The structural element of eukaryotic chromosomes is the chromatin fibre consisting of histones and DNA. The chromatin fibre is about 100–200 Å thick. One chromatid is built up from one chromatin fibre running through from one end to the other and laid in numerous irregular foldings. The chromatin fibre is a chain of nucleosomes. These are globular histone bodies around which the DNA winds. Nucleosomes can be observed in isolated chromatin fibrils as well as in thin sections of chromosomes after different modes of fixation. Prophasic chromosomes or early premature condensed chromosomes are thin uncoiled threads. With chromosome condensation a major coiling is seen. No constant regular arrangement of the chromatin fibril besides the major coils is observed. A rather diffuse decondensation takes place in ana- and telophase.

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Presented at the V. Meeting of the Cytogenetics Section of the Gesellschaft für Anthropologie und Humangenetik, Basle, Switzerland, June 17–19, 1976 (Erika M. Bühler, chairman)     

Beiträge zur Feinstruktur der Bakteriengeißeln

Zusammenfassung Bei Untersuchungen der Feinstruktur der Geißeln von E. coli konnte festgestellt werden, daß sie keine einfachen Fibrillen darstellen, sondern aus Untereinheiten zusammengesetzt sind, die sich schraubig zusammendrehen können. die Fibrillen haben einen perlschnurartigen Feinbau.Die Geißeln von Proteus vulgaris sind Fibrillen, die regelmäßige Feinstruktur besitzen und nicht mehr weiter unterteilt werden können. Die Filamente von Proteus vulgaris waren wegen ihrer Feinheit einer weiteren Analyse nicht zugänglich.     

Über kristallartige und fibrilläre Zellkerneinschlüsse in der Glandula parathyreoidea von Rana temporaria

Zusammenfassung Kristallartige und fibrilläre Zellkerneinschlüsse in den Epithelzellen der Glandula parathyreoidea von Rana temporaria werden beschrieben.Die kristallartigen Einschlüsse (Durchmesser 2 ) sind basophil, drehen die Ebene des polarisierten Lichtes nicht und besitzen anscheinend einen komplizierten Aufbau aus 35 Å dicken, ebenen Lamellen (Externum) und schichtweise angeordneten Fibrillen von 60 Å Dicke (Internum).Die fibrillären Einschlüsse sind zylindrische Stränge (Durchmesser etwa 300 Å), die immer zu mehreren und nur in der Nähe der kristallartigen Einschlüsse vorkommen. Bisweilen zeigen sie eine Querstreifung (Periode etwa 100 Å).     

Beitrag zur Kenntnis des Baues von Basalmembranen

Zusammenfassung Am Dottersackepithel des Meerschweinchens und Kaninchens ist eine bis 15000 Å dicke, bisher noch nicht beschriebene Form einer Basalmembran nachzuweisen. Sie setzt sich aus 8 (Meerschweinchen) bis 15 (Kaninchen), zum größten Teil oberflächenparallel verlaufenden, etwa 200–300 Å dicken osmiophilen Lamellen zusammen, die wiederum aus feinen Körnchen und Filamenten bestehen. Zwischen diesen Lamellen befinden sich osmiophobe Schichten, die etwa 400 bis 500 Å dick sind. Die osmiophilen Lamellen entsprechen einzelnen Laminae densae, die osmiophoben Laminae rarae. Beim Kaninchen werden subepithelial verschieden weite Räume von 3000–5000 Å Durchmesser beobachtet, die osmiophile Granula enthalten. Der Abstand der ersten osmiophilen Lamelle von der Cytoplasmamembran ist immer gleich, auch dort, wo feine Cytoplasmafüßchen in die Basalmembran vorgetrieben werden. Da bei nephrotischen Nieren über eine Verdickung der Basalmembran berichtet wird, ist die auffällige Strukturierung und Verdickung der Basalmembran des Dottersackepithels bei Meerschweinchen und Kaninchen mit dem hier physiologichen materno-fetalen Eiweißtransport in Beziehung zu setzen und zu diskutieren.Herrn Prof. Dr.A. Dabelow zum 65. Geburtstag gewidmet.Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Do chromoplasts contain DNA?

Summary In chromoplasts ofNarcissus pseudonarcissus fibrils of 25–30 Å in diameter and more can be demonstrated within regions of low electron density; they are similar to those known from chloroplasts and mitochondria. This together with the fact that a specific DNA can be isolated from chromoplast preparations (next paper) provides evidence that these fibrillar regions contain DNA though enzymatic digestion of the fibrils within the fixed tissue failed, mainly due to the lability of the organelle.

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Enthalten chromoplasten DNA?I. Elektronenmikroskopische Untersuchungen anNarcissus-Chromoplasten

Zusammenfassung In Chromoplasten vonNarcissus pseudonarcissus können in Bereichen niederer Elektronendichte Fibrillen einer Dicke von 25–30 Å und mehr nachgewiesen werden. Obwohl Versuche, die Fibrillen in fixiertem Gewebe enzymatisch abzubauen, wegen der Labilität des Organells bisher fehlgeschlagen sind, sprechen zwei Gründe für das Vorkommen von DNA in den abgebildeten Bereichen: die Ähnlichkeit mit DNA-haltigen Bezirken in Chloroplasten und Mitochondrien und der Nachweis einer charakteristischen DNA in Chromoplastenpräparationen (siehe folgende Mitteilung).

     

Der Feinbau des Spermatozoids von Sphaeroc arpos donnellii Aust. (Hepaticae)

Zusammenfassung Das reife, aus dem Antheridium entlassene Spermatozoid setzt sich aus den drei Abschnitten: Kopfteil, Kernabschnitt und dem daran anschließenden Plasmastück zusammen. Im Kopfabschnitt entspringen die beiden Geißeln. Jede Geißel zeigt den typischen Aufbau von neun randlichen Doppelfibrillen um zwei zentral gelegene Fibrillen. Zwischen den peripher und zentral liegenden Fibrillen, deren Durchmesser etwa 200 Å beträgt, bestehen Verbindungen, die zum Teil als etwa 70 Å breite, hohl erscheinende Fibrillen ausgebildet sind. Die Geißel wird von einer etwa 100 Å dicken Doppelmembran umgrenzt. Im Kopfabschnitt befindet sich ein membranhaltiger Körper, der als stark umgewandeltes Mitochondrium oder als Plastide anzusehen ist.Der Kernteil wird fast ganz von dem höchstens 0,4 breiten und etwa 13 langen Kern eingenommen. In der dichten Kernsubstanz sind etwa 25–40 Å breite Fibrillen erkennbar, die gelegentlich eng zu dickeren Bündeln zusammengepackt sein können. Eine typisch ausgebildete doppelte Kernmembran fehlt. Selten läßt sich eine nur 40–60 Å breite, stark kontrastierbare Linie feststellen, die möglicherweise als extrem reduzierte Abgrenzungsmembran des Kerns gedeutet werden kann. Zwischen dem Kern und der das ganze Spermatozoid umschlie\enden, doppelten, etwa 80–100 Å dicken Membran, die als etwas verbreitertes Plasmalemma anzusehen ist, kann sich ein schmaler Cytoplasmastreifen einschieben.Das Plasmastück umfaßt den großen Leukoplasten, Mitochondrien, Membranen des endoplasmatischen Reticulums, multivesikuläre Körper, kleinere Vesikel und gelegentlich Vacuolen. Im Innern des Leukoplasten befinden sich zahlreiche, bis zu 0,2 große Stärkekörner und nur selten einige Reste des Membransystems. Die Mitochondrien besitzen im Vergleich zu den entsprechenden Zellorganen der Spermatiden eine oft stark veränderte Struktur. Ferner treten im Plasmastück Körper auf, die von einer Doppelmembran umgeben sind und in ihrem Innern Doppelmembranen aufweisen. Sie gleichen in ihrem Bau völlig dem membranhaltigen Körper im Kopfabschnitt und dürften stark umgeformte Mitochondrien oder Plastiden darstellen.Unmittelbar unter der Spermatozoidmembran befindet sich eine für Pflanzenzellen ungewöhnliche Struktur, die als Fibrillenscheide bezeichnet wird, und die sich meistens vom Kernabschnitt bis in das Plasmastück der Zelle ausdehnt. Die 400–800 Å dicke Fibrillenscheide besteht aus bis zu 30 nebeneinander liegenden, hohl erscheinenden Fibrillen mit einem Durchmesser von etwa 180–220 Å. Die beiden endständigen Fibrillen jeder Scheide besitzen einen größeren Durchmesser von etwa 300 Å. Die Fibrillen werden von einer Doppelmembran gegen die Spermatozoidmembran und andere Teile der Zelle abgegrenzt.Spätestens beim Eindringen des Spermatozoids in den geöffneten Archegonhals wird das Plasmastück abgestreift. Das bis zur Eizelle vorgedrungene Spermatozoid besteht nur noch aus dem Kopfabschnitt und dem anschließenden Kernteil.

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The fine structure of the spermatozoid of Sphaeroc arpos donnellii Aust. (Hepaticae)

Summary The structure of the spermatozoid of the liverwort, Sphaerocarpos donnellii, was investigated under the electron microscope after fixation in potassium permanganate, osmium tetroxide or glutaraldehyde with postfixation in osmium tetroxide. Mature, newly emerged spermatozoids consist of three parts: Head end, nuclear piece and the attached cytoplasmic part. The two flagella originate in the head end. They show the typical structure of nine outer double fibers around two fibers in the middle. Connections exist between the central and the outer fibers. At least to some extent they are composed of thin, tubular fibers, about 70 Å in diameter. The head end contains a body which may be regarded as a modified mitochondrion or a plastid.Nearly the whole space of the nuclear piece is occupied by the nucleus, with a length of a about 13 and a thickness up to 0,4 . The dense nuclear content shows above all, approximately 25–40 Å thick fibers, which are often packed closely together. A typical double membrane as nuclear envelope is not recognizable. Rarely one observes a dark line, not thicker than 40–60 Å which may be interpreted as limiting membrane of the nucleus. A thin band of cytoplasmic material may be interposed between the nucleus and the double membrane, which has a thickness of about 80–100 Å and surrounds the whole spermatozoid.The cytoplasmic piece includes the big leucoplast, mitochondria, membranes of the endoplasmic reticulum, multivesicular bodies, small vesicles and occasionally vacuoles. The interior of the leucoplast is filled with numerous starch granules, up to 0,2 in diameter. Only rarely some remains of the thylacoid system appear. The mitochondria show a modified fine structure compared with the corresponding organelles in the spermatids. The cytoplasmic end comprises bodies which are limited by a double membrane and which contain double membranes. They are absolutely alike the membraneous body in the head piece and have to be regarded as modified mitochondria or plastids.Immediately below the membrane of the spermatozoid one recognizes a structure, named Fibrillenscheide=fibrous sheath, which in most cases expands from the nuclear piece into the cytoplasmic part. The 400–800 Å thick fibrous sheath consists of up to 30 fibers lying side by side, each with a diameter of about 180–220 Å. The fibers at both ends of the fibrous sheath possess a diameter of about 300 Å. A double membrane encloses all the fibers together and separates them from the limiting membrane and other components of the spermatozoid.The cytoplasmic end is lost, at the latest when the spermatozoid enters the open neck canal of the archegonium. The spermatozoid which has reached the egg cell is composed only of the head end and the nuclear piece.

     

Die Cuticula der Epidermis des Regenwurms (Lumbricus terrestris L.)

Zusammenfassung Die um 3–4 dicke Cuticula des Regenwurms (Lumbricus terrestris L.) besteht aus 20–30 sich annähernd rechtwinklig kreuzenden Lagen von Cuticulafibrillen. Senkrecht zu und zwischen den sich kreuzenden Fibrillen verlaufen röhrenförmige Zellfortsätze, Cuticulakanälchen von der Oberfläche der Epithelzelle zur Epicuticula. Die Epicuticula bildet eine kontinuierliche, mit feinen, dicht stehenden Exkreszenzen besetzte Schicht. Die zelluläre, respektive extrazelluläre Natur der Cuticulastrukturen und ihr funktionelles Verhalten werden besprochen. Anmerkung bei der Korrektur. Die Herren D. Peters (Hamburg) und W. J. Schmidt (Gießen) machten uns auf die Untersuchung der Cuticulastruktur des Regenwurms durch Reed und Rudall (1948) aufmerksam.Die von den englischen Autoren gewonnenen Abdruckpräparate aus verschieden tiefen Schichten der Cuticula stimmen mit den hier gezeigten Schnittpräparaten vorzüglich überein und ergänzen sie durch die Aufsicht auf die freie Oberfläche. Mit der Abdrucktechnik sind jedoch die Cuticula-Kanälchen zwischen den Fibrillen nicht erkannt worden. Einige der Vermutungen über die Bildung der Cuticulafibrulen (s. auch Rudall 1950) dürften deshalb hinfällig geworden sein. Über die chemische Zusammensetzung der Cuticula und ihre chemischen Unterschiede gegenüber Kollagen s. Watson und Smith (1956).Mit dankenswerter Unterstützung durch das Kultusministerium des Landes Nordrhein-Westfalen durchgeführte Untersuchung.     

Vergleichende elektronenmikroskopische Studien an Glaskörper-, Zonula- und Kollagenfibrillen

Zusammenfassung Die elektronenmikroskopische Untersuchung von Dünnschnitten des Glaskörpers vom Rind erlaubt eine eindeutige Darstellung der Glaskörperfibrillen, während die interfibrilläre Substanz fast keinen Kontrast aufweist und nur selten als homogene oder feinkörnige Masse dargestellt werden konnte.Die Fibrillen sind in den zentralen Abschnitten des Glaskörpers ganz ungeordnet und bilden ein wirres Geflecht von Einzelfibrillen; in den äußeren Zonen ist eine Bündelbildung angedeutet. Die Bündel verdichten sich in der Glaskörperhülle zur Membrana hyaloidea plicata. Von ihr ziehen Einzelfibrillen durch den postlenticulären Raum zur Hinterfläche der Linsenkapsel und verschmelzen mit ihr.Die Dicke der Einzelfibrillen beträgt 60–200 Å. Eine Querstruktur ist in Form einer periodischen kontrastreicheren Anschwellung der Fibrillen angedeutet; die Länge einer Strukturperiode schwankt um einen Mittelwert von 200 Å.Die vergleichende elektronenmikroskopische Untersuchung der Dünnschnitte von Glaskörper-, Zonula- und Kollagenfibrillen des Rinderbulbus ergibt eine weitgehende morphologische Ähnlichkeit zwischen Glaskörper- und Zonulafibrillen, während zum Kollagen keinerlei Beziehungen bestehen. Daraus wird der Schluß gezogen, daß die Zonulafibrillen durch funktionelle Beanspruchung modifizierte Glaskörperfibrillen sind; beide entstammen dem Ektoderm.     

Der submikroskopische Bau der Myoepithelzelle

Zusammenfassung Die Myoepithelzellen des Mammagewebes bei Mastopathia chronica cystica liegen zwischen der Membrana propria und den Drüsenzellen wie elektronenmikroskopische Untersuchungen in Bestätigung lichtoptischer Studien ergeben. Sie sind sternförmig verzweigte Gebilde, die mit der Basalmembran innig verhaftet sind und untereinander und zu den Zellen des Drüsenepithels große Kontaktflächen durch sehr stark geschlängelte Zellgrenzen haben. Das Grundplasma ist auffallend hell und enthält einen eingebuchteten bis stark zerklüfteten Kern, zahlreiche Vakuolen, die offenbar Schleim enthalten, Mitochondrien, Golgi-Apparat und das sog. Endoplasmaretikulum. Charakteristisch für die Myoepithelzelle sind im Zytoplasma gelegene Bündel von Filamenten, die einen Durchmesser von 40–80 Å haben und aus vielen hellen und nur wenigen dunklen Abschnitten bestehen. Diese Fibrillen sind identisch mit den Myofilamenten der glatten Muskelzellen und endigen in Plasmaverdichtungen oberhalb der Basalmembran. Auf Grund der submikroskopischen Struktur wird dieser abgewandelten epithelialen Zellart die Fähigkeit zur Kontraktion zuerkannt und ihre Auswirkung an Gestaltänderungen der Basalmembran erörtert.     

Über die Struktur des Zellkernes

Zusammenfassung Mit Hilfe von Fixierungsversuchen an nativen Gefrierschnitten werden die Veränderungen der Kernstruktur in Abhängigkeit vom Säuregrad, der während der Fixierung herrscht, und von der Zeit, die post mortem bis zur Entnahme des Gewebes verstreicht, ermittelt und ursächlich analysiert. Bei einwandfreier Technik sind in der normalen und unbelasteten Zelle das typische Chromatingerüst und die morphologische Membran nicht vorhanden. Sie stellen in unseren üblichen Präparaten Artefakte dar. Als einzige vitale Strukturen lassen sich nur basophile Chromatinkörner differenzieren, die den Karyosomen v. Tellyesnickys entsprechen. Es dürfte sich in ihnen um Regulatoren für das elektrische Potential der Zelle handeln. Man kann primäre und sekundäre Karyosomen unterscheiden: die primären sind schon normalerweise in der Zelle ausgebildet, die sekundären werden neu entwickelt, um außergewöhnlichen Belastungen zu begegnen.Es ergibt sich ferner der Schluß, daß die Chromosomen in der Teilungsruhe in Form von kettenförmigen Molekülkomplexen persistieren dürften, so daß ihre Individualität auch ohne mikroskopisch auflösbare Strukturen des Zellkernes gewahrt bleiben kann.Über die vorliegende Untersuchung ist eine vorläufige Mitteilung aus dem histologisch-embryologischen Institut in Graz in der Wiener medizinischen Wochenschrift 1944 erschienen.     

Elektronenmikroskopische Untersuchungen des Auges von Planarien

Zusammenfassung Es wurde das Auge der Süßwasserturbellarien Dugesia lugubris und Dendrocoelum lacteum mit dem Elektronenmikroskop untersucht. Im Feinbau stimmen die Augen beider Arten im wesentlichen überein. Das eigentliche Auge besteht aus dem Pigmentbecher und den zur Photorezeption differenzierten Nervenendigungen der bipolaren Sehzellen, den sog. Sehkolben. Das Cytoplasma der Pigmentzellen wird von durchschnittlich 1 großen kugeligen, mehr oder weniger homogenen Pigmentkörnchen erfüllt. Der Zellkern liegt in der äußeren pigmentfreien Zone des Cytoplasmas. Vor allem dort können auch das endoplasmatische Reticulum und die Mitochondrien beobachtet werden. Der sog. Pigmentbecher ist ein allseitig geschlossenes Gebilde, dessen pigmentfreier Teil von einer Verschlußmembran, der sog. Cornealmembran, gebildet wird. Diese Verschlußmembran ist ein cytoplasmatischer, nichtpigmentierter, lamellar gebauter Fortsatz der Pigmentzellen. Der distale Fortsatz der Sehzellen dringt durch die Verschlußmembran in das Innere des Auges ein. Im Inneren des Pigmentbechers wird der Raum zwischen den Sehkolben vom homogenen Glaskörper ausgefüllt. Dieser zeigt in osmiumbehandelten Präparaten eine mittlere Dichte und mit stärkerer Vergrößerung eine sehr feine fibrilläre Struktur. Der kernhaltige Teil der Sehzellen liegt außerhalb des Pigmentbechers. Der Kern ist verhältnismäßig locker gebaut, enthält einen kleinen exzentrisch liegenden Nucleolus und wird von einer doppellamellär gebauten Kernmembran begrenzt. Das Perikaryon besitzt eine feinkörnige Grundstruktur. Die Durchmesser der Körnchen wechseln von 50 bis zu mehreren 100 Å; ihre Struktur zeigt einen Übergang über die Vesiculae zu den Vakuolen des Cytoplasmas. Die verschieden großen Vakuolen des Cytoplasmas sind von einer hellen, homogenen Substanz erfüllt. Das Perikaryon enthält auch Mitochondrien. Die Grundstruktur der distalen Fasern der Sehzellen ist ähnlich wie die des Perikaryons, enthält aber auch 100–120 Å dicke Neurofilamente. Die Nervenfasern sind nackt und recht verschieden dick. Die distale Faser der Sehzellen durchbohrt die Verschlußmembran und setzt sich in den Sehkolben fort. Der Stiel — bei Dugesia lugubris — ist prinzipiell ebenso gebaut wie die Nervenfaser; er ist ihre intraokulare Fortsetzung. Auf diesem Stielteil sitzt der eigentliche Sehkolben. Er besteht im allgemeinen aus 2 verschiedenen Teilen: aus der in der Fortsetzung des Stieles liegenden Achsenzone und aus der Zone des Bürstensaumes (Stiftchenkappe). In der Achse des Sehkolbens liegen viele Mitochondrien. Die Struktur des Cytoplasmas der Achsenzone ist ähnlich wie jene im Perikaryon bzw. in der Nervenfaser. Auffallend sind in der Achsenzone viele von einer hellen, homogenen Substanz erfüllte, verschieden große Vakuolen. Ihre Zahl hängt vom Funktionszustand des Auges ab. Die Randzone des Sehkolbens ist der Bürstensaum, der von cytoplasmatischen Mikrozotten gebildet wird. Die Breite der Mikrozotten wechselt von 200–1000 Å. Die Dicke der etwas dunkleren Grenzmembran beträgt 50–70 Å, der Inhalt der Mikrozotten erscheint homogen. Der Bürstensaum gibt im Polarisationsmikroskop eine positive Doppelbrechung. Die Bürstensaumzone, die eine Vergrößerung der Membranoberfläche bewirkt, dürfte im Dienste der Photorezeption stehen.     

Die Ultrastruktur der Mitosekerne in den Plasmodien von Physarum polycephalum

Zusammenfassung Die Ultrastruktur der mitotischen Kerne in den Plasmodien von Physarum polycephalum wurde mit der Dünnschnitt- und der Gefrierätztechnik untersucht.Die Kernhülle bleibt während der Mitose bis in die Telophase erhalten, löst sich dann aber zuerst in der Polgegend und später in der Interzone auf. Bläschen, welche mit Ribosomen besetzt sind, lagern sich an die membranfreien Stellen an und bilden, zusammen mit Teilen der alten Kernhülle, die Hülle der Tochterkerne. Die Porenkomplexe bleiben während der Mitose erhalten.Der Spindelapparat ist in der Metaphase aufgebaut aus durchgehenden Mikrotubuli, welche die Pole verbinden, und aus Kinetochor-Mikrotubuli, welche Chromosomen und Pol verbinden. Die scheibenförmigen Kinetochore 1500–2500 Å im Durchmesser, sind mit einem oder zwei Mikrotubuli verbunden.In der Anaphase erfolgt eine deutliche Streckung des Spindelapparates und eine geringe Verkürzung des Abstandes zwischen Chromosomen und Pol. Da die durchgehenden Mikrotubuli in der Telophase in der Polgegend divergieren, sind sie kaum direkt (durch Stoßen) an der Verlängerung des Spindelapparates beteiligt. Invaginationen der Kernhülle stimmen mit der Hypothese überein, daß während der Anaphasentrennung der Chromosomen Kontraktionswellen auftreten.Filamente, 30–90 Å im Durchmesser, wurden im Spindelapparat beobachtet. Ihre Anordnung und die Ähnlichkeit mit den cytoplasmatischen Filamenten von Physarum lassen vermuten, daß es sich um kontraktile Elemente handelt.

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The ultrastructure of mitotic nuclei in plasmodia of Physarum polycephalum

Summary The ultrastructure of mitotic nuclei of Physarum polycephalum was investigated by freeze-etching and sectioning techniques.The nuclear envelope remains intact until telophase, and then dissapears first in the polar regions and later in the interzone. Vesicles covered with ribosomes accumulate in the resulting membrane-free areas, and contribute, together with portions of the old nuclear envelope, to the building of the new nuclear envelope. The nuclear pore complexes remain intact during mitosis.The mitotic apparatus in metaphase contains continuous microtubules connecting the two poles, and kinetochore-microtubules connecting chromosomes and poles. The disc-shaped kinetochores, 1500 to 2500 Å in diameter, are in contact with one or two microtubules.In anaphase the mitotic apparatus elongates markedly and the distance between chromosomes and poles shortens slightly. Since the continuous microtubules diverge in the polar regions, they are probably not directly involved in the elongation of the mitotic apparatus. Invaginations of the nuclear envelope indicate that the anaphase separation of chromosomes is accompanied by waves of contractions.Filaments, 30 to 90 Å in diameter, were observed in the mitotic apparatus. Their arrangement and their similarity with cytoplasmic filaments suggest that they are contractile.

Die vorliegende Arbeit wurde der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich als Dissertation vorgelegt.     

Elektronenmikroskopische Untersuchung über die Prämelanosomenentstehung im retinalen Pigmentepithel von Hühnerembryonen

Summary Electron microscopic examination of the retinal pigment epithelium in chick embryos demonstrates that melanosomes develop from cisternae of the rough endoplasmic reticulum via premelanosomes. The elements of the matrix lamellae inside the premelanosomes seem to be filaments about 95 Å thick which, in turn, are considered to consist of about 50 Å thick filaments. At the beginning of melanin synthesis, vesicles with an average diameter of 310 Å develop in the premelanosomes by a process of membrane vesiculation.Zusammenfassung Die Befunde ergeben eine Entwicklungsreihe der Prämelanosomen im retinalen Pigmentepithel von Hühnerembryonen von der Zisterne des rauhen endoplasmatischen Retikulums bis zum Melanosom. Etwa 95 Å dicke Filamente werden als Bausteine der Matrixlamellen im Innern der Prämelanosomen angesehen. Vorstufe dieser Filamente dürften um 50 Å dicke Filamente sein. Mit Beginn der Melaninsynthese treten in den Prämelanosomen durch Membranvesikulation Vesikeln von etwa 310 Å Durchmesser auf.

Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Die elektronenmikroskopische Darstellung von Glykosaminoglykanen im Gewebe mit Rutheniumrot

Zusammenfassung Im Mesenchym bzw. Bindegewebe embryonaler und ausgewachsener Ratten wurden mit der Rutheniumrot-Methode die sauren Mukopolysaccharide elektronenmikroskopisch dargestellt. Dabei gelingt es, nach ihrer Morphologie 3 Typen zu unterscheiden. Typ 1 besteht aus einem 400–600 Å großen zentralen Granulum, von dem aus zahlreiche feine Fäden bis zu 2000 Å weit in die Umgebung ausstrahlen. Er läßt sich noch vor dem ersten Auftreten kollagener Strukturen im frühen Mesenchym von Embryonen nachweisen und zeigt auch später keine räumliche Beziehung zum Kollagen. Typ 2 weist dagegen eine geringere Zahl kürzerer Fäden auf. Er kommt in großen Mengen im embryonalen und hyalinen Knorpel vor und ist häufig in regelmäßigen Abständen entlang der Fibrillen angeordnet. An der Oberfläche dicker Fibrillen in dicht gepackten Bündeln fließt das Rutheniumrot-positive Material zu einem 300 Å breiten Mantel zusammen. Die Strukturen des Typs 3 bestehen aus leicht gewellt verlaufenden 100–200 Å dicken Filamenten. Sie konnten bisher nur im Stroma der Cornea nachgewiesen werden. Ein Vergleich der verschiedenen Glykosaminoglykane hinsichtlich ihres Auftretens in der Embryonalentwicklung ihres spezifischen Vorkommens in bestimmten Bindegewebsarten ihrer räumlichen Ausdehnung und ihrer Beziehungen zu anderen Bestandteilen des Bindegewebes, läßt vermuten, daß Typ 1 Hyaluronsäure, Typ 2 Proteo-Chondroitinsulfat und Typ 3 Proteo-Keratansulfat darstellt.

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The demonstration of the glycosaminoglycane structure in tissues by the rutheniumred-method

Summary In the mesenchyme respectively connective tissue of embryonic and adult rats 3 types of acid mucopolysacchrides were electronmicroscopically demonstrated with the rutheniumred-method. Typ 1 will be demonstrated before the first appearance of collagen structures in the early mesenchyme and shows even later no spatial relation to the collagen. These structures consist of central granula (400–600 Å) from which numerous fine filaments emanate up to 2000 Å wide in the surrounding.In comparison type 2 shows a minor quantity of shorter filaments. It appears in major quantities in the embryonic and hyaline cartilage and is often arranged in a regular distance along the fibrills. On the surface of the thick fibrils in closely packed bundles the rutheniumred-positive material flows together in a 300 Å wide coat. The structure of type 3 is characterized by slightly waved dispersing 100–200 Å thick filaments. Until now they were only be found in the stroma of the cornea.A comparison of the various glycosaminoglycans with respect to their occurrence during embryonic development, their specific appearance in various connection tissue types, their spatial configuration and their connection to other components of the connective tissues leads us to the assumption that type 1 represents hyaluronic acid, type 2 proteo-chondroitinsulfate and type 3 proteo-keratansulfate.

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Durchgeführt mit Unterstützung durch die DFG im Rahmen des SFB 29.