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.     

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     

Methoden zur nachträglichen PAS- und Feulgen-Färbung bei entwickelten autoradio graphischen Paraffinschnitten

Zusammenfassung Es wurden Behandlungen für emulsionsbeschichtete und entwickelte autoradiographische Paraffinschnitte angegeben, die nachträglich eine PAS- bzw. eine Feulgen-Färbung ohne Einbußen an Silberkörnchen gestatten. Die Zuverlässigkeit der Methoden wurde durch quantitative Vergleichsmessungen an insgesamt 5400 Zellkernen von Rattennieren demonstriert und statistisch geprüft.

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Methods for subsequent staining with PAS or Feulgen of autoradiographical paraffin sections

Summary Methods are described to allow successive autoradiography with emulsions and subsequent staining with PAS or Feulgen, without loss of silver grains. Measurements on 5,400 cell nuclei of rat kidney were used to demonstrate by quantitative comparisons the efficiency of the method. The results were proofed statistically.

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Mit Unterstützung durch die Wissenschaftliche Gesellschaft, Freiburg.     

Heterochromatin,repetitive DNS und Nukleolen in Leberzellen von Microtus agrestis

Zusammenfassung Die Zellstruktur von Leberzellen der Erdmaus, Microtus agrestis, wurde nach Giemsafärbung, Feulgenbehandlung, Behandlung mit Ribonuklease und nach Färbung des konstitutiven Heterochromatins untersucht. Das konstitutive Heterochromatin ist in Leberzellen nicht heteropyknotisch, das fakultative Heterochromatin ist im weiblichen Geschlecht als Sexchromatinkörperchen sichtbar. Bestimmungen des relativen DNS-Gehalts ergaben, daß die Zahl der Sexchromatinkörperchen der Ploidie der Zellkerne proportional ist. Die Nukleolen liegen in Hepatozyten oft randständig; in 59% der diploiden Zellkerne sind 2 Nukleolen enthalten. Nach Anfärbung der repetitiven DNS werden oft auch die Nukleolen gefärbt, nach Ribonukleasebehandlung tritt dieser Effekt nicht auf. Das konstitutive Heterochromatin wird in Form von 2 langen fädigen Strukturen sichtbar.

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Heterochromatin, repetitive DNA and nucleoli in liver cells of Microtus agrestis

Summary The nuclear structure of parenchymal liver cells of embryo and adult Microtus agrestis was studied in smear and section preparations after staining with Giemsa solution and treatment according to Feulgen, after treatment with ribonuclease and after specific staining of constitutive heterochromatin. In liver cell nuclei only the facultative heterochromatin is heteropycnotic, a sex chromatin body is observable in female but not in male animals. Constitutive heterochromatin is not heteropycnotic in liver cells. Measurements of the relative DNA content showed that nuclei with one sex chromatin body are diploid; tetraploid nuclei possess two and octoploid nuclei four sex chromatin bodies. Solely in the diploid cell nuclei of the intrahepatic gall ducts two large chromocenters are found. The nucleoli in hepatocytes often lie at the perimeter of the nucleus. 17% of the diploid nuclei contain one nucleolus, 59% two nucleoli, 23% three and 1% four. After staining of repetitive DNA, the nucleoli often become stained as well; after treatment with ribonuclease this effect does not occur. The constitutive heterochromatin becomes visible in form of two long, threadlike structures. After longer periods of dissociation the sex chromatin body ceases to be visible. Sex chromatin and constitutive heterochromatin are contiguous to the nucleoli.

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Mit dankenswerter Unterstützung durch das Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft der Bundesrepublik Deutschland.     

Elektronenmikroskopische Untersuchungen zur Wirkung von Triaethylenmelamin (TEM) auf die Retina-Entwicklung der Alpenmolchlarve (Triturus alpestris)

Zusammenfassung Larven vonTriturus alpestris (Glaesner-Stadien 27, 34, 39 und 43) wurden 24 Std in einer Lösung von 10^–4 g TEM/ml Leitungswasser gehalten und hierauf in reinem Leitungswasser weiter aufgezogen. Lichtmikroskopisch wurden in der Retina ein Verschwinden der Mitosen sowie eine Vergrößerung der teilungsbereiten Zellen beobachtet. Kern-Pyknosen und Zellzerfall ließen sich in den Differenzierungszonen feststellen. Die verschiedenen Entwicklungs-Stadien zeigten gegenüber TEM eine unterschiedliche Empfindlichkeit.Elektronenmikroskopisch waren bereits 12 Std nach Beginn der TEM-Exposition Veränderungen in den Kernen der Retinazellen nachweisbar. Durch Einstülpen der Kernmembran und Verschmelzen von daraus entstandenen Bläschen wurden Fragmente aus dem sonst morphologisch normal erscheinenden Kern herausgelöst und schließlich abgebaut. Die Fragmentation griff üblicherweise auf den ganzen Kern über und führte zum Untergang der Zelle. In der Randzone der Retina vergrößerten sich die Zellen; ihre Kerne wurden gelappt und das Chromatin verlagerte sich teilweise an die Peripherie. Autolytische Prozesse begannen in einzelnen Zytoplasma-Arealen und griffen schließlich auf die ganze Zelle über. In TEM-behandelten Augen kam es zu einer starken Hypertrophie des Pigmentepithels, das längliche und runde Melanosomen und auffallend viele Prämelanosomen enthielt.Der Wirkungsmechanismus von TEM wird mit demjenigen anderer alkylierender Zytostatika verglichen. Die Kernveränderungen und die autolytischen Vorgänge an den Retina-zellen sowie die Hypertrophie des Pigmentepithels werden diskutiert.

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The effect of Triethylenmelamin (TEM) on the retinal development of the newt (Triturus alpestris): An electron microscopic study

Summary Larvae ofTriturus alpestris (stages according to Glaesner: 27, 34, 39 and 43) were kept for 24 hours in a solution containing 10^–4 gr Triethylenmelamin (TEM) per ml tap water. Thereafter, they were further grown in pure tap water. Light microscopically, a fading of mitotic figures and an enlargement of cells prepared to divide were observed within the retina. Pyknotic nuclei and cell death occured in the zones of cell differentiation. The various developmental stages were differently affected by TEM.Electron microscopically, alterations of retinal cell nuclei were found to occur as early as 12 h after the onset of TEM- incubation. Fragments of nuclei which otherwise appeared morphologically normal were observed to develop by an invagination of the nuclear membrane and a subsequent fusion of the small vesicles which originated from the nuclear envelope. These fragments became completely digested. The fragmentation process eventually involved the entire nucleus and resulted in cell death.In peripheral zones of the retina, cells became enlarged, their nuclei being lobulated and their chromatin becoming transposed towards the periphery. Autolytic processes were observed to start in particular areas of the cytoplasm and to extend all over entire cells. In TEM-treated eyes, the pigment epithelium became grossly hypertrophied. This epithelium impressed by elongated and round melanosomes and a surprisingly large number of premelanosomes.The mechanism of TEM-effect was compared to that of other alkylating cytostatic drugs and discussed in connection with the observed cytological alterations.

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Mit Unterstützung durch den Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (Kredit Nr. 4804).

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Herrn Prof. Dr. G. Töndury danke ich für die Überlassung des Themas und die zahlreichen Anregungen, Herrn Dr. G. Kistler für die Einführung in die Technik der Elektronenmikroskopie sowie die umfassende Beratung und Herrn W. Scherle für die Hilfe bei technischen Problemen.     

Fixation experiments on cell nuclei

Summary The addition of lanthanum salts to formalin improves nuclear fixation due to the irreversible precipitation of nucleic acids. Especially well preserved nuclei are obtained in smears prepared and dried at — 25° C., pre-fixed with formaldehyde vapors, and postfixed in buffered 5% formalin containing 1% lanthanum acetate or chloride.With this technique, the nuclei reveal a finer and more distinct chromatin pattern, are more intensively stained by hematoxylin and Feulgen reaction, and show no shrinkage. Feulgen-microspectrophotometry demonstrates a considerably higher content of DNA which is also more resistant to nuclease digestion or perchloric acid extraction as compared to nuclei which have been fixed in formalin alone.

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Zusammenfassung Die Zugabe von Lanthansalzen zu Formalin verbessert die Kernfixierung infolge einer irreversiblen Fällung der Nukleinsäuren. Morphologisch besonders gut erhaltene Kerne werden in Tupfpräparaten erzielt, die bei — 25° C hergestellt und getrocknet, zur Vorfixierung Formaldehyddämpfen ausgesetzt und mit gepuffertem 5%-Formol nachfixiert werden, das 1% Lanthanazetat oder -chlorid enthält.Nach Anwendung dieser Technik zeigen die Zellkerne ein feineres und distinkteres Chromatinmuster, sie sind stärker mit Hämatoxylin oder der Feulgen-Reaktion färbbar und lassen keine Schrumpfung erkennen. Das Fixations-Äquivalentbild scheint dem phasenkontrastmikroskopischen Erscheinungsbild lebender Zellkerne besser zu entsprechen. Die Mikrospektrophotometrie von Feulgen-Präparaten zeigt einen beträchtlich höheren Gehalt der individuellen Zellkerne an Desoxyribonukleinsäure. Verglichen mit einfacher Formolfixierung, bewirkt der Lanthanzusatz außerdem eine Erhöhung der DNS-Resistenz gegen Nukleasedigestion und Perchlorsäureextraktion.

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Supported by the General Research and Development Grant of the W. S. U. School of Medicine.     

Methodik cytochemischer Analysen bei pflanzlichen Objekten

Zusammenfassung Bei Schnittpräparaten von Knospen der Apfelsorte Jonathan wurden die Zellkerne in 8 Versuchsgliedern einer teilweise unterschiedlichen Vorbehandlung bezüglich Fixierung und Hydrolyse unterworfen und anschließend nach der Feulgen-Methode angefärbt. Die DNS-Menge der Kerne wurde cytophotometrisch gemessen.Zwischen den DNS-Mittelwerten der Versuchsglieder I, II und IV und denjenigen der Versuchsglieder III, VI, VII und VIII — beide Gruppen von Versuchsgliedern haben unterschiedliche Hydrolysen erfahren — bestehen bis auf eine Ausnahme signifikante Unterschiede. Die Zuverlässigkeit der Langzeithydrolyse wird durch den Befund bestätigt, daß zwischen den DNS-Mittelwerten der Versuchsglieder I, II und IV, bei denen die gleiche Hydrolyseprozedur verwendet wurde, keine signifikanten Unterschiede gefunden wurden.Die DNS-Mittelwerte der Versuchsglieder VI und VII, die auf unterschiedliche Weise fixiert wurden, sind signifikant voneinander verschieden.Bei Unterteilung der Apfelknospen-Schnittpräparate in drei Gewebebezirke konnten innerhalb der Versuchsglieder II und IV zwischen den DNS-Mittelwerten der drei Bereiche nur sehr geringe oder keine mit statistischen Methoden erfaßbare Unterschiede ermittelt werden.Bei den Versuchsgliedern II und IV wurden die einzelnen Kerne nach den in relativen Arbeitseinheiten gemessenen DNS-Werten und nach Flächen-Größen-Klassen gruppiert. Innerhalb beider Versuchsglieder konnten zwischen den DNS-Mittelwerten nahezu aller Klassen signifikante Unterschiede gefunden werden. Zwischen den DNS-Mittelwerten der gleichen Klasse in beiden Versuchsgliedern ergeben sich keine statistisch nachweisbaren Unterschiede. Auf Grund dieser Befunde kann man Rückschlüsse auf den DNS-Replikationsgrad der Zellkerne ziehen. Beim vorliegenden Knospenmaterial hat der größte Teil der Kerne die Replikation bereits eingeleitet, aber noch nicht abgeschlossen.Im Diskussionsteil wird das Problem der Kernanschnitte bei Schnittpräparaten besprochen und die Frage erörtert, welchen Aussagewert Kern-DNS-Bestimmungen an Schnittpräparaten im Vergleich zu denjenigen an Ausstrich- und Quetschpräparaten besitzen.

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Methodical studies of cytochemical analyses in higher plantsI. Cytophotometrical measurements of the nuclear DNA-concentration in sections from apple buds by varying treatment in regard to fixation and hydrolysis

Summary Sections prepared from buds of the Jonathan apple type were divided into eight experimental parts. The nuclei were subjected to partially varying preliminary treatment in regard to fixation and hydrolysis, and subsequently stained according to the Feulgen method. The nuclear DNA concentration was then determined cytophotometrically.Group 1 (parts I, II, and IV) was hydrolyzed differently than group 2 (parts III, VI, VII, and VIII). With only one exception the DNA averages of group 1 differ significantly from those of group 2. The reliability of the longer hydrolysis time is confirmed by the result that among the individual DNA averages of group 1 there were no significant differences found. Parts VI and VII were fixed differently and the DNA averages were significantly different.By subdividing the slides of parts II and IV into three tissue regions there could be only very small or no differences statistically determined.The individual nuclei of parts II and IV were grouped into classes according to relative DNA values (measured in arbitrary units) and surface area. Within both parts significant differences in the DNA averages could be found among almost all the classes. Between the DNA averages of the same class of the two parts there are no statistically demonstrable differences. Based on these results one can draw conclusions about the level of the nuclear DNA replication. In the described bud material DNA replication had already been initiated, but not yet completed in the bulk of the nuclei.In the discussion the problem of the cell slicing is reviewed. The question of the relative value of sections for nuclear DNA measurements in comparison to those of smear and squash slides is discussed.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

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Unser Dank gilt Frau Prof. Dr. O. Zeller, Abteilung für Angewandte Botanik der Universität Hohenheim und Herrn Prof. Dr. F. Mechelke, Lehrstuhl für Allgemeine Genetik der Universität Hohenheim für die Unterstützung bei den vorliegenden Untersuchungen.     

The effect of yolk injections on the plumage of an ovariotomised brown leghron hen

Zusammenfassung Eine braune Leghornpoularde wurde mehreremal mit Eidotter von je einem Ei derselben Rasse abdominal oder subkutan injiziert. Es kamen deutliche Veränderungen der Federfarbe und -gestalt an verschiedenen Körperregionen zum Vorschein, die weiblichen Charakter aufwiesen. Diese Veränderungen führten dabei niemals zu totaler und ständiger Reversion der betreffenden dimorphischen Merkmale, indem sie an verschiedenen Körperstellen verschieden stark auftraten und verschieden lang dauerten. Die Sektion des Vogels ergab keine Spur vom linken, bzw. keine Entwicklung des rechten Ovars.

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Holder of fellowship of the International Education Board.     

Untersuchungen zur Pollenentwicklung und Pollenschlauchbildung bei höheren Pflanzen

Zusammenfassung In reifen Pollenkörnern der beiden Sommergerstensorten Amsel und Wisa sowie der F₁-Pflanzen, die aus den Sorten-Kreuzungen Impala X Wisa und Union X Wisa hervorgegangen sind, wurde die DNS-Menge der Kerne cytophotometrisch bestimmt. Die Messungen wurden zugleich bei Spermakernen und vegetativen Kernen eines Pollenkorns vorgenommen. Außerdem wurde der DNS-Gehalt von Kernen von Wurzelspitzen-Zellen der Sorten Amsel und Wisa ermittelt.Amsel und Wisa unterscheiden sich signifikant im DNS-Gehalt der Kerne von Wurzelspitzen-Zellen.Die Befunde der Messungen des DNS-Gehalts von vegetativen und Sperma-Kernen bei vier Gerstenformen zeigen, daß zum Zeitpunkt der Anthese die DNS-Replikationsphase bei vegetativen und Sperma-Kernen noch nicht abgeschlossen ist. Der DNS-Gehalt vegetativer Kerne von Wisa ist signifikant niedriger als die entsprechenden Werte der übrigen drei Gerstenformen. Der Verlauf der DNS-Replikation erfolgt bei beiden Spermakernen synchron. Hingegen verläuft die DNS-Replikation bei vegetativen und Sperma-Kernen mit großer Wahrscheinlichkeit nicht gleichsinnig.Im Diskussionsteil wird erstens erläutert, daß bei allen bisher analysierten Pflanzenarten des zwei- oder dreikernigen Pollenkorn-Typs zum Zeitpunkt der Pollenreife die DNS-Replikation der generativen bzw. Sperma-Kerne eingesetzt hat, aber je nach Pflanzenart noch nicht beendet sein muß. Zum gleichen Zeitpunkt der Pollenkornentwicklung kann der vegetative Kern in Abhängigkeit von der Pflanzenart auf dem C-Niveau verharren, eine teilweise oder bereits abgeschlossene DNS-Replikation erfahren haben oder schon teilweise oder ganz degeneriert sein, ohne zuvor eine DNS-Replikation vollzogen zu haben. Zweitens wird in diesem Abschnitt diskutiert, daß mit großer Wahrscheinlichkeit im Ablauf der DNS-Replikation zwischen zwei- und dreikernigen Pollenkorn-Typen keine Unterschiede bestehen. Drittens wird die Hypothese vertreten, daß nur auf einem sehr frühen Stadium die normale Pollenkornentwicklung einschließlich des Ablaufs der DNS-Replikation insbesondere des vegetativen Kerns so abgewandelt werden kann, daß aus Pollenkörnern haploide Pflanzen erzeugt werden können.

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The development of pollen grains and formation of pollen tubes in higher plantsIII. DNA-replication of vegetative and sperm nuclei in mature pollen grains of barley

Summary The DNA-content of vegetative and sperm nuclei in mature pollen grains of the barley varieties Amsel and Wisa and the F₁-plants of crossings of the barley varieties Impala X Wisa and Union X Wisa was determined by cytophotometry. In addition, the DNA-content of nuclei of root tips of Amsel and Wisa was cytophotometrically measured.The DNA contents of the nuclei in root tips of Amsel and Wisa differed significantly.The data obtained from the measurements of the vegetative and sperm nuclei of the four types of barley show that DNA-replication continues in the nuclei of mature pollen grains. The DNA values of vegetative nuclei of Wisa are significantly lower than the values of Amsel and of the F₁ plants. The DNA values of the different nuclei indicate that DNA replication of both types of sperm nuclei is synchronous, whereas it probably is not synchronous in vegetative and sperm nuclei respectively.In the discussion it is pointed out that a survey of the literature shows that in all of the plant species having binucleate or trinucleate pollen DNA replication of generative and of sperm nuclei has started at the time of pollen grain maturation. Depending on the plant species, replication may or may not be completed in the mature pollen grain. At a given stage of development of the pollen grain the vegetative nucleus may be arrested at the C-stage, may have partially or completely finished its DNA replication or may be partially or completely degenerated without prior replication of DNA.In the second part of the discussion it is stated that the course of DNA replication is likely to be similar in binucleate and trinucleate pollen grains. Thirdly, the hypothesis is discussed that in order to get haploid plants from pollen grains, changes in the normal development of the pollen grain and in the pattern of DNA replication must occur at a very early stage of pollen grain development.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

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Angenommen durch F. Mechelke

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Mein Dank grit Herrn Prof. Dr. F. Mechelke fiir die Anregung zu diesen Untersuchungen sowie fiir die Unterstfitzung und die kritischen Diskussionen w/ihrend ihres Verlaufs und Fr/iulein H. Nagel fiir zuverl/issige technische Hilfe.     

Elektronenmikroskopische Untersuchung Tubulärer Strukturen in den Kernen der Blattzellen von Selaginella Martensii

Summary In the light microscope the nuclei of the leaf cells of Selaginella martensii show ring-shaped inclusions. These rings are Feulgen positive and most probably contain DNA. An electron microscopic examination of these ring-shaped inclusions shows that they are composed of closely packed tubular elements which have a constant diameter and unknown length. These bundles are often surrounded by a number of larger tubular elements which may be built up of tubular subunits.

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Elektronenmikroskopische Untersuchung Tubulärer Strukturen in den Kernen der Blattzellen von Selaginella Martensii

Zusammenfassung Die Kerne der Blattzellen von Selaginella martensii zeigen im Lichtmikroskop ringförmige Einschlüsse. Diese Ringe sind Feulgen-positiv, enthalten also wahrscheinlich DNS. Sie bestehen aus einem dichtgepackten Bündel tubulärer Elemente konstanten Durchmessers, jedoch nicht genau bestimmbarer Länge. Die Ringe sind häufig von einer wechselnden Zahl größerer tubulärer Stränge umgeben, die aus röhrchenförmigen Untereinheiten bestehen können.

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Direktor: Prof. Dr. A. Frey-Wyssling

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(Prof. Dr. W. Haupt)     

Die Zellstrukturen des Dünndarmepithels in ihrer Abhängigkeit von der physikalisch-chemischen Beschaffenheit des Darminhalts

Zusammenfassung Die Kenntnis der Mikromorphologie der Saumzellen des Dünndarmepithels wird in einigen Punkten ergänzt (Ausbildung des Terminalgespinsts, Zusammenhang von endoplasmatischem Retikulum und perinukleärer Zisterne, Centrosom).Durch Erniedrigung und Erhöhung des osmotischen Drucks im Darminhalt werden die in den verschiedenen Membransystemen der angrenzenden Zellen eingeschlossenen flüssigen Mischphasen beeinflußt. Die sich hierbei ergebenden Veränderungen von Form, Größe und Dichte der Zelle und ihrer Komponenten werden beschrieben. Der Weg des Wassers führt durch die Epithelzellen über die epithelialen Interzellularräume in den subepithelialen Raum. Einige Eigenschaften der verschiedenen Membranen der Zelle werden besprochen. Die flache Form der Sacculi in den Golgi-Zonen und der Cysternen des endoplasmatischen Retikulums wird darauf zurückgeführt, daß der osmotische Druck in diesen Räumen niedriger liegt als im angrenzenden Cytoplasma. Es wird vermutet, daß aktive Transportleistungen der Membranen des endoplasmatischen Retikulums zu einem Kreislauf von Stoffen zwischen Kern und Cytoplasma führen.

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Teilweise vorgetragen auf der 9. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Elektronenmikroskopie in Freiburg, Oktober 1959.

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Durchgeführt mit dankenswerter Unterstützung durch das Kultusministerium des Landes Nordrhein-Westfalen und die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Ultrastrukturveränderungen motorischer Vorderhornzellen des Kaninchens unter abgestufter Ischämie

Zusammenfassung Die motorischen Vorderhornzellen im Rückenmark des Kaninchens wurden im Lumbaibereich nach abgestufter temporärer Ischämie elektronenmikroskopisch untersucht. Die cytoplasmatischen Strukturen und Organellen dieser Zellen werden unterschiedlich stark durch die Zirkulationsunterbrechung beeinflußt; besonders eindrucksvoll sind die Veränderungen der Mitochondrien und des endoplasmatischen Retikulums. Vor allem zeigen die Mitochondrien mit zunehmender Ischämiedauer ganz charakteristische, reproduzierbare Strukturveränderungen. Sowohl an den Mitochondrien als auch am endoplasmatischen Retikulum sind bereits nach einer Blockade der Blutzufuhr von 5 min deutliche Folgen der Ischämie zu erkennen (Schwellung, Wasseraufnahme). Zentral gelegene Vorderhornzellen sind durchgehend stärker von der Zirkulationsunterbrechung betroffen als peripher gelegene Zellen. Innerhalb einer Zelle finden sich nach längerer Ischämiedauer nebeneinander Gruppen stark geschwollener und weniger geschädigter Mitochondrien. Die durch Ischämie an den Mitochondrien und am endoplasmatischen Retikulum hervorgerufenen Schwellungen und Membranveränderungen sind als Folge einer Störung des Energie- und Wasserhaushaltes der Zelle aufzufassen.

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Ultrastructural alterations of spinal motoneurons during gradually different ischemias in the rabbit

Summary Spinal ventral horn motoneurons from the lumbar region in the rabbit were examined in the electron microscope during different states of temporary ischemia. Ischemia caused variable effects upon the motoneuron cytoplasmic structures. Alterations were particularly evident in mitochondria and endoplasmic reticulum; a swelling and water uptake by these organelles were observed already after a 5-minute blockade of blood supply. After prolonged ischemia, reproducible structural changes and membrane alterations were especially evident in mitochondria; within a cell, the swollen mitochondria occurred next to less damaged mitochondria. Centrally located ventral horn cells were affected more than peripherally located cells. The structural alterations of the mitochondria and the endoplasmic reticulum are interpreted to be caused by a disturbance of cellular energy and water metabolism.

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Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. H. Spatz gewidmet.

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Herrn Prof. Dr. A. Oksche danke ich für einen Arbeitsplatz an der Elektronenmikroskopischen Abteilung des Anatomischen Institutes, Lehrstuhl I.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Trennung der effekte von transmutation und strahlung nach einbau von radionukliden in die DNS

Summary Among the various methods for studying the relative effects of transmutation and radiation of incorporated nuclides, simulation of beta radiation by external gamma exposure is of practical importance.Self-irradiation and mutual irradiation of the labeled cells cannot be neglected in any case. Furthermore, additional hypothetical and experimental problems may arise from using either external beta radiation or different isotopes of an element.By means of external gamma irradiation on the other hand, this being equivalent to the internal beta radiation from a microdosimetrical point of view, the radiation effect of the nuclide alone can be observed without any modification of other experimental parameters. To determine such equivalent gamma radiation for labeled cell nuclei ofVicia faba roots, the authors applied the Monte Carlo Method to the beta spectra of³²P,³H,¹⁴C and¹³¹J, to the energy-dependent LET and to different cell diameters. The existence of secondary particle equilibrium inside the nuclei during gamma exposure was assumed. For certain radionuclides and cell sizes it is possible to calculate gamma spectra which induce energy spectra in the nuclei similar to those caused by the beta particles originating in the nuclear DNA.

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Trennung der effekte von transmutation und strahlung nach einbau von radionukliden in die DNS

Zusammenfassung Unter den verschiedenen Methoden zur Untersuchung der relativen Wirkung von Transmutation und Strahlung inkorporierter Nuklide kommt der Simulation der Betastrahlung durch eine externe Gammastrahlung praktische Bedeutung zu. Nicht immer kann man nämlich davon ausgehen, daß die Selbstbestrahlung der zu untersuchenden Objekte vernachlässigt werden kann. Auch bringt sowohl die Verwendung einer äußeren Betastrahlung als die verschiedener Isotope desselben Elements häufig zusätzliche prinzipielle und experimentelle Probleme mit sich. Hingegen kann durch eine der Betastrahlung äquivalente Gammastrahlung der Strahleneffekt des Nuklids allein ohne Veränderung der Kultur- und Inkorporationsbedingungen untersucht werden. Allerdings ist es keineswegs einfach, diese äquivalente Gammastrahlung auf rein theoretischem Wege zu ermitteln. Immerhin können mit Hilfe des skizzierten Verfahrens zumindest in einigen Fällen Gammaspektren berechnet werden, die im Innern des Zellkerns vonVicia faba, Energieabsorptionsspektren erzeugen, die denen von im Zellkern emittierten Betateilchen ähnlich sind.Unter Berücksichtigung des in der Diskussion Gesagten läßt sich das Verfahren sicherlich verbessern. Auch fßr andere Objekte und Objektverteilungen dürften sich dann äußere Strahlenquellen ermitteln lassen, mit denen der relative Anteil von Transmutation und Strahlung an der Gesamtwirkung des radioaktiven Zerfalls untersucht werden kann.

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Eingegangen am 26. August 1974     

On the splitting of the Y fluorescent body in man

Summary In smears of hair-root cells of male human subjects, the fluorescing Y-body is found frequently to be split in two. Photometric determinations of the relative DNA content of Feulgen-stained cell nuclei revealed no correlation between a particular stage of the cell cycle and the occurrence of the split fluorescent body. All nuclei assessed belonged to the G1 phase of the cell cycle.The varying frequency of occurrence of the double structure of the fluorescent body in different sorts of cells may be due entirely to preparative causes, such as drying, fixing and means of obtaining smears.

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Zusammenfassung In Ausstrichen von Haarwurzelzellen männlicher Individuen ist das fluorescierende Y-Körperchen häufig zweigeteilt. Bestimmungen des relativen DNS-Gehalts nach Feulgen-Färbung von Zellkernen mit zweigeteilten Fluorescenzkörperchen zeigen, daß diese Zweiteilung nicht vom Stadium des Zellcyclus abhängt. Alle Kerne gehören der G₁-Phase an.Es erscheint möglich, daß der fluorescierende Anteil des langen Armes des Y-Chromosoms aus zwei nahe beieinanderliegenden fluorescierenden Banden besteht. Diese zwei Banden sind auf Y-Chromosomen in Mitose nur selten sichtbar, sie werden aber bei der Präparation von Haarwurzelzellen häufig getrennt, so daß das Fluorescenzkörperchen zweigeteilt erscheint. Die Häufigkeit der Zweiteilung ist abhängig von der Präparation und vom untersuchten Zellmaterial.

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(Director: Prof. Dr. med. K. Fleischhauer)

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(Director Prof. Dr. med. H. Elbel)

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Valuable support for this study has been received from the Landesamt für Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen and the Deutsche Forschungsgemeinschaft

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Excerpts from this paper were read at the 12th Congress of the Gesellschaft für Anthropologie und Humangenetik, Göttingen, March 1971     

Interferenzmikroskopische und cytophotometrische Untersuchungen zur Analyse von Zellkernen

Zusammenfassung In vergleichenden interferenzmikroskopischen und cytophotometrischen Untersuchungen wurde versucht, die Globulinfraktion von Zellkernen quantitativ zu erfassen. Dazu wurden Thymuslymphozyten und nach Behrens isolierte Leberzellkerne der Ratte und Nierenzellkerne vom Schwein im Ausstrichpräparat bis zu 30 Std in physiologischer Kochsalz- und Tyrodelösung extrahiert. Die Abnahme der Kerntrockenmasse wurde interferenzmikroskopisch gemessen und der DNS-, Histon- und Gesamtproteingehalt cytophotometrisch bestimmt (Feulgen-Reaktion, Färbung mit Gallocyanin-Chromalaun, Fastgreen bei pH 8 und pH 2, Naphtholgelb S).Bei Verwendung von Glycerin als Eindeckmittel fand sich bei Leberzellkernen nach Extraktion mit 0,14 m NaCl-Lösung von 3–5°C eine Trockengewichtsabnahme von 18% nach 2 Std, von 29% nach 10 Std und von 34% nach 30 Std. Bis zu 2 Std wurden Proteine, nach 10 Std Nukleohistone extrahiert. Da der nach 2 Std gemessene Proteinverlust gut mit dem Globulingehalt von Leberzellkernen übereinstimmt, wurde offenbar die Globulinfraktion erfaßt. Nach Extraktion mit Tyrodelösung bei Zimmertemperatur lag der Substanzverlust in der gleichen Größenordnung (2 Std: 12%, 10 Std: 20%, 30 Std: 29%).Bei Verwendung von Tyrodelösung als Eindeckmittel blieb nach Extraktion isolierter Nierenzellkerne mit 0,14 mNaCl-Lösung die Kerntrockenmasse bis zu 2 Std unverändert, da die Globulinfraktion schon während der interferenzmikroskopischen Messung in Lösung geht. Auch bei Thymuslymphozyten fand sich erst nach 24 Std ein Verlust von 18% der Kerntrockenmasse durch Extraktion von DNS und Histonen.Während der Suspension von Thymusgewebe in 0,14 mNaCl-Lösung nahm innerhalb von 4 Std das Kerntrockengewicht um 40% zu, wahrscheinlich infolge Proteinaufnahme.Die gewonnenen Ergebnisse werden hinsichtlich der Fehlerquellen und im Vergleich zu cytophotometrischen Messungen und biochemischen Globulinbestimmungen diskutiert.

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Analysis of cell nuclei with the interference-microscope and cytophotometryI. Determination of globulins

Summary The globulinfraction of cell nuclei was determined by dry mass determinations in comparison with cytophotometric measurements.Lymphocytes from the thymus gland, and liver nuclei from the rat and kidney nuclei from the pig, isolated with Behrens' technique, were extracted in smears, up to 30 hrs, in physiological saline and tyrode solution. The decrease of nuclear dry mass was measured with the interference microscope, and the content of DNA, histones and total proteins was determined by cytophotometry (Feulgen-reaction, staining with gallocyanin chrome alum, fast green at pH 8 and pH 2, naphtol yellow S).Using glycerol as embedding medium, after extraction with 0,14 M saline at 3—5° C the dry weight of liver nuclei decreased by 18% after 2 hrs, by 29% after 10 hrs and by 34% after 30 hrs. Nuclear proteins were extracted up to 2 hrs, nucleo-histones were removed after 10 hrs. Since the loss of proteins is in good agreement with the globulin content of liver nuclei, obviously the nuclear globulins have been extracted until 2 hrs. After extraction with tyrode solution at room temperatue, the loss of dry matter was in the same range (2 hrs: 12%, 10 hrs: 20%, 30 hrs: 29%).Using tyrode solution as embedding medium, the dry weight of kidney nuclei remained unchanged for 2 hrs when extracted with 0,14 M saline, since the globulin-fraction is lost while nuclei are measured by interferometry. With thymocytes only a loss of 18% of nuclear dry weight was found after 24 hrs due to removal of DNA and histones.Suspending the thymus gland in 0,14 M saline, the nuclear dry weight increased by 40% in 4 hrs, probably due to adsorption of proteins.The results were discussed in the light of the errors of the measurements and compared to biochemical and histochemical datas.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Systems analysis of biological receptors

Zusammenfassung Zur Erfassung der Übertragungseigenschaften der Froschmuskelspindel wurden die wichtigsten Systemparameter — Länge und Kraft der intrafusalen Muskelfasern, das Verhalten des Receptorpotentials, und die Impulsdichte — bestimmt. Hierbei wurden rampen- und sinusförmige Längen- bzw. Kraftänderungen auf den Muskel aufgebracht und die Veränderungen im Receptorpotential und der Impulsantwort analysiert. Die experimentellen Befunde lassen den Schluß zu, daß der mechano-elektrische Transduktionsprozeß einen wesentlichen Beitrag zur Dynamik liefert, wobei Längenänderungen des Muskels den unmittelbaren Eingang für den Spindel-Transducer darstellen. Abhängig davon, ob die intrafusalen Muskelfasern gedehnt werden oder sich verkürzen können, zeigen die Receptorpotentialänderungen ein PDT₁- bzw. ein Verzögerungs-Verhalten. Mögliche molekulare Mechanismen des lonentransportes durch die Receptormembran werden zur Erklärung dieser Änderungen in den Transducereigenschaften herangezogen. Die Formulierung eines linearen Modells gestattet eine hinreichend genaue Beschreibung der einzelnen Teilsysteme: Muskel, Transducer und Encoder sowie der komplexen Receptordynamik. Nur im Bereich großer Längenänderungen, wo der sog. overstretch auftritt, reicht die lineare Approximation nicht mehr aus.

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Presented at the IV. Internat. Biophysics Congress, Moscow, August 7–14, 1972.     

Über die Wirkung von Epiphysenextrakt auf die Struktur der Epithelkörperchen der Ratte

Zusammenfassung Nach vierwöchiger Verabreichung von Epiphysentotalextrakt sind in den Epithelkörperchen der Ratte die folgenden Symptome einer Funktionsminderung nachzuweisen: Verkleinerung des Kernvolumens, Vermehrung des Bindegewebes, Herabsetzung der Leucylaminopeptidase-Konzentration, Kern- und Zytoplasmavakuolisation. Ferner wurde auch eine Labilität des Serumkalziumspiegels festgestellt. Die morphologischen Veränderungen an den Epithelkörperchen werden wahrscheinlich indirekt über eine Alteration des Mineralstoffwechsels verursacht.

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The influence of epiphysial extract on the parathyroid glands of the rat

Summary Application of total epiphysial extract over a period of 4 weeks induces in the parathyroid glands of rats the following symptoms: decrease of the nuclear volume, nuclear and cytoplasmic vacuolisation, an increase of connective tissue, a marked loss of leucylaminopeptidase activity. A lability of the blood calcium values has been observed. Morphological alterations of the parathyroid gland are indirect caused by changes of the mineral metabolism.

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Stipendiat der Alexander von Humboldt-Stiftung. Herrn Prof. Dr. W. Bargmann danke ich für einen Arbeitsplatz im Anatomischen Institut der Universität Kiel.     

Der Einfluß der Ernährung auf die Ultrastruktur der großen Zellen in den Mitteldarmdrüsen terrestrischer Isopoda (Armadillidium vulgare,Porcellio scaber)

Zusammenfassung Im Verlauf von 10wöchigem Nahrungsentzug unterliegen die großen Zellen der Mitteldarmdrüsen von Armadillidium vulgare und Porcellio scaber ultrastrukturellen Veränderungen, die denen entsprechen, welche von Ligia oceanica beschrieben wurden.Wiederfütterung mit verschiedenem Futter nach 6wöchigem Nahrungsentzug hat sehr verschiedene ultrastrukturelle Veränderungen zur Folge: Die dominierenden Merkmale sind Glykogen-Felder nach Saccharose-Gabe, elektronendichte Grana und große Vakuolen nach Protein, Lipideinschlüsse nach Butter und Fettkörper von Käferlarven sowie Sambucus-Blättern, Heterolysosomen nach Buchenlaub und Douglasien-Nadeln und elektronendichte Grana nach Bakterien (z.B. Bacillus subtilis). Das vielfältigste Bild zeigen die Zellen der Tiere, welche künstliches Nährmedium aufgenommen hatten.

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The influence of different diets on the ultrastructure of the large cells in the hepatopancreas of land-dwelling isopods (Armadillidium vulgare, Porcellio scaber)

Summary Over a 10-week period of food deprivation the large epithelial cells of the hepatopancreas of Armadillidium vulgare and Porcellio scaber undergo ultrastructural changes that correspond to the conditions described previously from Ligia oceanica. Refeeding with different diets after a starvation period of 6 weeks results in very different ultrastructural aspects of the large epithelial cells. The dominant features are as follows: glycogen deposits (after a sucrose diet), electron dense granules and large vacuoles (protein diet), lipid droplets (butter, fat body of beetle larvae, litter of Sambucus), heterolysosomes (litter of Fagus, needles of Pseudotsuga), and electron dense granules (bacteria, e.g. Bacillus subtilis). The most diversified ultrastructure was obtained 2 days after refeeding with an artificial diet.

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Unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG Sto 75/4-7)     

I. Abhängigkeit der Zellkerngrösse von verschiedenen Wirtspflanzen

Zusammenfassung Die Volumina der Zellkerne in den Speicheldrüsen von M. persicae sind nicht konstant, sondern variieren je nach Wirtspflanze der Blattlaus. Dabei kann es bei einzelnen Zelltypen zu starken Kernschwellungen kommen. Das Ausmaß der Kernschwellungen und die davon betroffenen Zelltypen können von Wirtspflanze zu Wirtspflanze wechseln. In der Diskussion wird auf die Beziehung zwischen Zellstoffwechsel und Kerngröße hingewiesen und vermutet, daß die Anteile der einzelnen Komponenten in der Speichelflüssigkeit wirtspflanzenabhängig sind. Im Hinblick auf wirtspflanzenabhängige Vektorleistungen der Blattläuse wird die Rolle des Speichels bei der Übertragung phytopathogener Viren diskutiert.

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Summary The nuclei of the different cell types in the salivary gland of Myzus persicae may show considerable variation in their sizes depending on the hostplants on which the aphids have been reared. This influence of the hostplants has been studied in efforts to elucidate the role of the salivary gland in plant virus transmission. The results are summarized in Fig. 1. The designation of the different cell types is the same as in earlier publications (Weidemann 1968, 1970). It is seen that the extent of nuclear swelling and the type of cells affected by this phenomenon vary depending on the hostplants. The swelling is accompanied by structural changes in the nuclei (Figs 4–6). In view of known relationships between the cell function and nuclear size it is suggested that the hostplant may have an influence on the composition of the saliva of the aphids. This influence could also be responsible for differences in the ability to transmit virus of aphids reared on different hostplants. The kind of structural changes of the nuclei suggests that different mechanisms may be responsible for the nuclear swelling in different cell types.

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Herrn Prof. Dr. G. Birukow, Göttingen, zum 60. Geburtstag.     

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.