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.     

Der morphologische Farbwechsel von Xenopus laevis-Larven

Zusammenfassung Anhand von Fotoserien wurde die Vermehrung der dermalen Melanophoren auf der rechten Kopfoberseite von Xenopus laevis-Larven unter normalen und experimentellen Bedingungen über den Zeitraum von 3 Wochen untersucht. Die Vermehrung erfolgte sowohl durch Ausdifferenzierung unpigmentierter Melanoblasten als auch durch Teilung differenzierter funktionstüchtiger Farbzellen, wobei sich das bei Normaltieren konstante prozentuale Verhältnis dieser beiden Vermehrungsmodi zueinander durch unterschiedliche Lichtund Untergrundbedingungen sowie durch Exstirpation und Transplantation der Hypophyse verändern ließ.Nach Hypophysektomie unterblieb die Melanophorenvermehrung fast ganz. Auf weißem Untergrund fehlten Teilungen, während die Zahl der Neudifferenzierungen abnahm. Im Dauerdunkel gingen die Teilungen zurück, während die Neudifferenzierungen allmählich an Zahl zunahmen. Auf schwarzem Untergrund stieg die Anzahl der Teilungen allmählich an, bei gleichbleibender Zahl der Neudifferenzierungen. Hypophysenimplantate in normale und hypophysektomierte Larven bewirkten eine extrem starke Melanophorenteilung, während mit zunehmender Besiedlungsdichte die Anzahl der Neudifferenzierungen abnahm.Die Versuchsergebnisse lassen eine Abhängigkeit der Teilungsrate von einer unterschiedlich starken Intermedin-Ausschüttung des Hypophysenzwischenlappens erkennen, während die Neudifferenzierungsrate vor allem von der Besiedlungsdichte abhängig zu sein scheint.

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Summary The enumeration of the dermal melanophores on the upper right side of the head of Xenopus laevis larvae was followed on serial photographs over three weeks under normal and experimental conditions. The enumeration was realized both by differentiation out of unpigmented melanoblasts and by celldivision of already differentiated melanophores. The percental relation between these two modes of enumeration, which is constant in normal larvae, could be altered by different light and background conditions as well as by extirpation and transplantation of the pituitary.After hypophysectomy the enumeration of the melanophores nearly ceased. On a white background eelldivisions were missing, whereas the number of newly differentiated cells decreased. In permanent darkness the number of celldivisions diminished, whereas that of newly differentiated cells gradually increased. On a black background the celldivision gradually increased, whereas the number of differentiations remained unchanged. Implantations of the pituitary in normal and hypophysectomized larvae caused an extremely high number of dividing melanophores, whereas the number of differentiations decreased in more densely populated regions.The results show that the rate of divisions is dependent on a varying output of intermedin from the intermediate lobe of the pituitary. The rate of differentiations, however, seems to be dependent on the number of melanophores per area.

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Meinem hochverehrten Lehrer, Herrn Professor Dr. H. Giersberg, gewidmet.     

Meningeal cells are involved in foliation, lamination, and neurogenesis of the cerebellum: evidence from 6-hydroxydopamine-induced destruction of meningeal cells

In the present paper we report on experiments conducted to find out if there is a positive correlation between the destruction of meningeal cells over the newborn rat cerebellum by 6-hydroxydopamine (6-OHDA) and the subsequent development of abnormalities in cerebellar fissuration, lamination, and granule cell number. Both destruction of meningeal cells and quality and magnitude of 6-OHDA-induced cerebellar defects show the same threshold sensitivity without further dose responsiveness. Blockade of neuronal uptake 1 for catecholamines with nomifensine prevents neither destruction of meningeal cells nor the development of abnormalities in cerebellar structure after 6-OHDA treatment. Blockade of extraneuronal uptake 2 for catecholamines with normetanephrine prevents both destruction of meningeal cells and the development of typical cerebellar abnormalities after 6-OHDA treatment. All three parallel experiments suggest that there is a positive correlation between the destruction of meningeal cells and the development of abnormal cerebellar structure, indicating that meningeal cells are involved in these defective morphogenetic processes, i.e., fissuration, lamination, and cell proliferation in the external granular layer. The preferential localization of defects in cerebellar fissures indicates that, in analogy to the mesenchyme surrounding other epithelia with a branching morphogenesis, the role of meningeal cells could be the production of interstitial collagen which is necessary to stabilize the epithelial basal lamina in the fissures.     

Selective destruction of meningeal cells by 6-hydroxydopamine: a tool to study meningeal-neuroepithelial interaction in brain development

The effects of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) on meningeal cells were studied at different ages in conjunction with blockade of the neuronal uptake 1 for catecholamines using nomifensine (NMF) and of the extraneuronal uptake 2 using normetanephrine (NMN). Our results show that maximal numbers of meningeal cells over the cerebellum of the newborn rat are destroyed by a threshold dose of 6-OHDA of 25 micrograms. The morphological characteristics which mark the time course of degeneration of meningeal cells were used to assess the effects of 6-OHDA given in conjunction with either NMF or NMN to differentiate between neuronal (uptake 1) and extraneuronal (uptake 2) effects of 6-OHDA. Uptake of 6-OHDA into meningeal cells and their subsequent degeneration was prevented by pretreatment with NMN but not with NMF. This finding indicates that meningeal cells have uptake 2 capacity but no uptake 1 membrane pump and explains both their uptake of 6-OHDA and their extreme sensitivity to the toxic effects of this drug. Application of this pharmacological regimen using NMF and NMN in conjunction with 6-OHDA thus allows selective destruction of meningeal cells which may be used experimentally to study the contribution of meningeal cells to brain development.     

Die amitotische Zellteilung Eine elektronenmikroskopische Untersuchung an Interrenalzellen von Rana temporaria L.

Zusammenfassung Die elektronenmikroskopische Untersuchung von durch ACTH aktivierten Interrenalzellen von Rana temporaria L. ergab, daß sich diese Zellen amitotisch teilen. Die Teilung wird durch die Reduktion der Zilie eingeleitet, deren Blepharoplast stets im Golgifeld liegt. Dieser Blepharoplast wandelt sich zum Zentriol um und verdoppelt sich. Die Kernteilung wird durch eine Teilung des Nukleolus und durch eine Längsstreckung des Kerns eingeleitet. Die Kernschnürung erfolgt unter Ausbildung von Längsfalten und einer Ringfurche im Karyolemm. Die Ausbildung der Ringfurche und die endgültige Trennung der Kernhälften wird sehr wahrscheinlich durch die Kontraktion eines von den Zentriolen gebildeten, um den Kernhals führenden Bündels von Mikrotubuli und Mikrofilamenten bewirkt. Das Golgifeld zeigt zur Zeit der Teilung eine starke Auflockerung und Vakuolisierung seiner Zisternen und eine Ausbreitung in der Teilungsebene. Zwischen den getrennten Tochterkernen wird unter Beteiligung einer Aggregation von Elementen des endoplasmatischen Retikulums eine neue Zellwand differenziert.

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Summary Electron microscopical investigations of the adrenal cortex of Rana temporaria L. after stimulation with ACTH have shown that amitotic cell divisions occur in this organ. The division is initiated by the reduction of the cilium, the blepharoplast of which is constantly to be found in the golgi field. This blepharoplast transforms into a centriole which gives rise to a second centriole. The first indications for the actual division of the nucleus are the division of the nucleolus and the longitudinally stretched shape of the nucleus. The dividing nucleus is characterized by longitudinally orientated folds and a circular furrow. The differentiation of the circular furrow and the final division into daughter nuclei is probably worked out by the contraction of a bundle of microtubules and filaments formed by the centriole and situated in the cytoplasm of the furrow region. During amitosis the golgi complex loses its well defined structure, its cisterns are vacuolised and distributed in the division plane of the cell. Between the daughter nuclei a new plasmalemma is differentiated under participation of an aggregation of tubules of the endoplasmic reticulum.

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Herrn Prof. Dr. W. Bargmann gewidmet.

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Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

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Herrn Prof. Dr. E. Lindner danke ich für fördernde Kritik.     

Histophysiologische Untersuchungen der Entwicklung des Interrenalorgans beim Krallenfrosch (Xenopus laevis Daudin)

Zusammenfassung Mit histologischen und histochemischen Methoden lassen sich bei Xenopus-Larven 4 Zonen des interrenalen Gewebes (Nebennieren-Rinden-Gewebes) in caudo-cranialer Ausdehnung unterscheiden, die verschiedenen Phasen der Nebennierenentwicklung entsprechen. Diese Zonen wurden auf Grund der in ihnen am häufigsten auftretenden Zelldifferenzierungsformen als Blastemzone, Zone der Organbildung, Zone der Ausdifferenzierung und Zone der Funktionsphasen bezeichnet. Während der Entwicklung verändert sich ihre Ausdehnung, sie verschieben sich von cranial nach caudal. Daneben kommt es während der Ausdifferenzierung zu einer Verlagerung der Interrenalzellen von dorsal nach ventral. Die ausdifferenzierten Interrenalzellen durchlaufen einen Funktionszyklus. Charakteristische Differenzierungformen sind hierbei: wenig stimulierte, stark stimulierte, überstimulierte Interrenalzellen sowie Zellen in der Restitutionsform und Degenerationsform.Kerngrößenmessungen und Bestimmungen der Steroiddehydrogenase-Aktivität an Normaltieren zeigen eine Abhängigkeit der Nebennierenaktivität von dem Entwicklungsstadium. Maxima der Aktivität liegen im Stadium 59 und am Ende der Metamorphose vor.Untersuchungen des Organes nach Hypophysektomie und/oder ACTH-Behandlung machen den Einfluß der Hypophyse auf die Normalentwicklung der Nebenniere deutlich. Hypophysektomie verhindert zwar nicht die Abgliederung der Nebenniereninseln vom Blastem, die Zellen differenzieren sich jedoch nicht vollständig aus, sondern verharren in einer funktionellen Ruhepause. ACTH-Behandlung beschleunigt die Differenzierung und funktionelle Entwicklung der Interrenalzellen und führt zu einer Vergrößerung der einzelnen Interrenalkomplexe. Sie kompensiert auch die hemmende Wirkung der Hypophysektomie auf die Nebenniere. Außerdem vermag ACTH die durch Hypophysektomie bewirkte Wachstums-und Entwicklungshemmung teilweise auszugleichen.

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Histophysiological investigations of the development of the interrenal organ in the clawed toad (Xenopus laevis Daudin)

Summary Histological and histochemical investigations have given evidence for 4 zones of the interrenal tissue in caudo-cranial direction in Xenopus-larvae. These zones correspond to 4 phases of the interrenal development. Due to the representative differentiation form of the interrenal cells they were characterized as: 1) zone of the blastema, 2) zone of the newly formed interrenal organ, 3) zone of differentiation and 4) zone of the various functional stages. During the development these zones shift from cranial to caudal. Besides there is a displacement during the differentiation of the interrenal cells in dorso-ventral direction. Differentiated interrenal cells undergo a functional cycle: hardly stimulated, clearly stimulated and overstimulated adrenocortical cells as well as cells in the state of restitution and degeneration are to be observed.Calculation of the mean nuclear diameter and the activity of the steroiddehydrogenase in normal animals demonstrate a correlation between the activity of the adrenal cortex and the stage of development. Maxima of this activity are found in stage 59 and at the end of metamorphosis. Experiments with hypophysectomy and/or ACTH-treatment clearly demonstrate the influence of the pituitary on the adrenocortex during normal development. Hypophysectomy does not prevent the separation of interrenal islets from the blastema. These cells, however, do not completely differentiate but stay in an inactive phase of their function. ACTH-treatment accelerates the differentiation and functional development of the interrenal cells and further results in an enlargement of the single adrenocortical islets. This treatment compensates the inhibition of the adrenal cortex after hypophysectomy and partly compensates the retardation of development and growth in hypophysectomized animals.

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Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Effect of partial hepatectomy on the interrenal tissues of Xenopus laevis (Daudin)

Summary Partial hepatectomy was carried out on Xenopus laevis to investigate its influence on the endocrine system. In addition to other endocrine effects, a marked hypertrophy and stimulation of the interrenal gland was observed. Activated cells contain mitochondria with extended and irregularly coiled tubules embedded in a low electron dense matrix. Hepatectomy induces two phases of proliferation [3 and 35 days postoperative (p.o.)]. After 106 days p.o. giant mitochondria possessing narrow and closely packed, parallel tubules surrounded by an electron dense matrix indicate a phase of inactivation. The smooth endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus proliferate after hepatectomy.During activation the high lipid content seen in controls is decreased significantly.This investigation was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft     

Differentiation of ovarian and testicular interstitial cells during embryonic and post-embryonic development in mice

Summary Different steps in mouse ovarian and testicular development have been studied in order to compare the time sequences during the in vivo differentiation of steroidogenic cell populations growing in contact with male and female gonocytes. These time sequences indicated a basic common developmental pattern: early signs of steroid synthesis in the male gonad, but late entering into meiotic prophase of XY germ cells; early meiosis but late steroidogenic activity in the ovary. In both male and female interstitial tissues, signs of involution were found following a period of exponential development.Dedicated to Prof. Dr. med. H. Leonhardt on the occasion of his 60th birthdaySupported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (Pe 104/8)We wish to thank Dr. B. Nabarra, M.-F. Rousseau-Merck and D. Sandoz for helpful advices throughout this study, as well as Mrs. L. Andrianarison and Mrs. R. Sprang for skilful assistance