Zeitschrift fiir Zellforschung 65, 2 7 ~ 6 (1965)

Aus dem Anatomisehen Institut der Universit~t Marburg a. d. L. (Direktor: Prof. Dr. G. PETRY) DEI:t F E I N B A U D E S D O T T E R S A C K E P I T H E L S U N D DE SSEN B E Z I E H U N G ZUR E I W E I S S R E S O R P T I O N ( K A N I N C H E N ) * Von

G. I:)ETRY und W. KOItNEL Mit 10 Textabbildungen (Eingegangen am 13. Juli 1964)

In frfiheren Arbeiten fiber den Bau der Embryonalhfillen (PETRY U. Mitarb. 1953--1964, Ki~HNEL 1961, 1964) wurden auffs Strukturunterschiede an den Embryonalhfillen selbst bei eng verwandten Spezies beschrieben und dabei sowohl die Frage nach Herkunft des Fruchtwassers als auch die Frage nach Austauschvorgiingen zwischen Mutter und Kind diskutiert. DaB diese groftfl~chigen fetomaternen Kontaktzonen, insbesondere der Dottersack, zu Stoffwechselleistungen bef/~higt sind, haben experimentelle,histochemische und elektronenmikroskopische Untersuchungen der letzten Jahre gezeigt (BRAMBELL1954, BRAMBELL and H E M MI•GS 1960, DAVIES Abb. 1. Schematischer Qtmrschnitt durch einen Kaninchenuterus 1956, 1959, D E M P S E Y

1953, H A R D 1946, H E M MINGS

arid

~BRAMBELL

m i t Embryonalhiillcn. In Anlehnung an GROSSER (1909). P Placenta; E Embryo. 1 Mucosa uteri, 2 Dottersack, 3 Amnion, g Allanto-Amnion, 5 Allantois, 6 Chorion, 7 Sinus terminalis, 8 Keimblattrest, 9 Amnionh6hle, 10 Allantoisb6hle, 11 extraembryonales

196l, v o x MAYERSBACIt Coelom 1958, 1959, PETRY 1962, I:)ETRu 11. K O H b l E L 1963, SCHECHTMAN a n d ABRAHAM 1958, SMITH and SCHECI-ITMAn 1962, WlSLOCKI and PADYKULA 1953). I m Rahmen unserer weiteren vergleiehenden Untersuchungen fiber Bau und Funktion der gesamten Embryonalhfillen soll aus der Gruppe der Rodentia zun~chst fiber den Dottersack des Kaninchens berichtet werden. 9 Mit dankenswerter Unterstfitzung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

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G. PETRY und W. Ki3HNEL:

Die Verhi~ltnisse der E m b r y o n a l h t i l l e n b e i m K a n i n c h e n sind wegen d e r Gr6Be der E m b r y o n e u leicht zu iibersehen. T o p o g r a p h i s e h e Einzelheiten sind der A b b . 1 zu e n t n e h m e n . Der Dottersaek halter ringsum an einem schmalen Streifen des Chorion laeve, das Verbindung mit der Placenta aufnimmt. In N~he des Sinus terminalis geht ein schmaler Streifen der ehemaligen /~uBeren Keimblasenwand ab, der nach GROSSER (1909) als Keimblattrest bezeichnet wird. Durehschneidet man den Dottersack am antimesometralen Pol, so ger/~t man in das extraembryonale Coelom und blickt auf den Amnionsack mit dem Embryo und die Allantois. Nur an der mesometralen Seite ist das Amnion mit der Allantois verwachsen. Der Hohlraum der Allantois erstreckt sich fiber die zweilappige Placenta. Das/~uBere Blatt der Allantois haftet rings an der fetalen Seite der Placenta. D a die g e n a n n t e n A u t o r e n a m D o t t e r s a c k die Transmission fiir EiweiBe von d e r M u t t e r z u m F o e t nachweisen konnten, soll im folgenden u n t e r s u c h t werden, inwieweit diese F u n k t i o n im e l e k t r o n e n m i k r o s k o p i s c h e n Bild ihren Niedersehlag finder. Material und Methode ~ Untersucht wurden die Dotters~cke yon Kaninchenembryonen yore mittleren Drittel der Tragzeit bis zum Ende. Die auf Glasringe gespannten Dotters/icke wurden ffir lichtmikroskopische Untersuchungen in Formalin 1 : 9 sowie in Gemischen nach Bouin, Carnoy und Rossmann fixiert. Der gr6Bte Teil der Membranen wurde als H/iutchenpr/iparate gef/~rbt, der andere in Paraffin eingebettet und in Quer-, Flach- und Schr//gschnitten untersucht. Fdrbemethoden. HE, Eisenhitmatoxylin nach Heidenhain, Chromh~matoxy]in-Phloxin naeh Gonmri, Heldsches Molybd~nhi~matoxylin, Trichromfiirbung nach Masson-Goldner, Silberimpr/ignationsmethode nach Gomori. Histochemische Reaktionen. BTS-Reaktion nach Shimizu und Kumamoto zum Nachweis yon Glykogen mit den entsprechenden Kontrollen, Alcian-Blau-PAS-Reaktion zum Nachweis der Mucopolysaccharide mit Kontrollen, Nachweis der alkalisehen Phosphatase nach Gomori, Sudanschwarz-B mit Kontrollen. Elektronenmikroskopische Untersuchungen. Die auf Ringen gespannten H~iutchen wurden in kaltem, l%igen Osmiumtetroxyd (in Veronal-Acetatpuffer, pH 7,2) fixiert. Anschliel3end Entw/isserung in aufsteigender Acetonreihe mit Uranylacetatkontrastierung w/~hrend der 75% Aceton-Stufe. Einbettung yon 1 mm 2 grol3en Membranstiickchen in Vestopal. Herstellung der Dfinnschnitte mit dem Ultramikrotom nach W. Vogell mit thermischem Vorschub und mit dem LKB-Ultrotome (Typ 4801 A). Nachkontrastierung der Schnitte mit Bleihydroxyd. Aufnahmen mit einem Elmiskop I (Siemens) und EM-9 (Zeiss) bei 60 kV.

Befunde L i c h t m i k r o s k o p i s e h b e s t e h t das D o t t e r s a c k b l a t t aus unterschiedlieh hohen Epithelzellen, einer d e u t l i c h P A S - p o s i t i v e n , dicken B a s a l m e m b r a n , einer die Dottersackgef/~13e e n t h a l t e n d e Bindegewebsschicht u n d einer dfinnen Mesothellage. D a die l i c h t m i k r o s k o p i s c h e n u n d histoehemischen Befunde denen a n d e r e r N a g e r weitgehend gleichen (DAvIEs 1956, DEMPSEY 1953, GOLDMANN 1912, HARD 1946, JABUREK 1928, K~ItNEL 1964, LEHNER 1914, LITWER 1929, OSTERHAGE 1931, PETRY u n d K/)HNEL 1963, PETRY u n d ZULEGER 1958, SEO 1955, WISLOCKI,DEANE a n d DEMPSEY 1946, WISLOCKI a n d PADYKULA 1953), wird auf deren Beschreibung hier verziehtet. E l e k t r o n e n m i k r o s k o p i s c h lie~en sich jedoch weitere Einzelheiten des F e i n b a u e s ermitteln, die auch allgemeines Interesse h a b e n d/irften. Die Zelloberfl/~che ist kuppelfSrmig gewSlbt u n d m i t d i c h t s t e h e n d e n , bis zu 1 ~u langen Mikrovilli besetzt, die oftmals in b u l b u s a r t i g e n E r w e i t e r u n g e n enden 1 Fr/~ulein R. MADEMANNund Herrn FRAEDRICttdanken wir fiir wertvolle technische Hilfe.

Dottersackepithel und EiweiSresorption

A b b . 2. D o t t e r s a c k K a n i n c h e n . dcsmosomaler Kontaktzone.

Apicaler Zensaum mit Mikrovilli. Oben enger Interzellularraum Siehe Text. Elektronenmikroskopische Aufnahme 30000fach

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mit

(Abb. 2, 4). Diese stehen hKufig mit der Zelle durch schmale Ausziehungen in Verbindung. Die Mehrzahl der Zotten erscheint jedoch als einfache fingerfSrmige Forts/~tze. Ihre Cytoplasmamembran ist dicht und mit feinen Granula besetzt. Lichtmikroskopisch sind dieser apicale Zellsaum und die seitlichen Zellabh/inge bis zur Basalmembran PAS-positiv. Die zentrale Masse der Mikrovilli und ein schmaler, etwa 1/~ dicker apicaler Cytop]asmasaum erscheinen elektronendichter als das iibrige Cytoplasma (Abb. 2, 4). Eine Ausnahme bilden lediglich die hellen bulbusfSrmigen Erweiterungen der Mikrovilli (Abb. 2). Diese fiberragen auch das Niveau der fibrigen mehr gleichfSrmigen Mikrovilli. Gelegentlich hat man den

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G. PETRYund W. KiJHNEL:

Abb. 3. D o t t e r s a c k K a n i n c h e n . W e i t e r I n t e r z e n u l a r s p a l t m i t u n t e r s e h i e d l i c h l a n g e n C y t o p l a s m a forts~tzen, die k e i n e K o n t a k t e m i t e i n a n d e r eingeben. Siehe T e x t . E l e k t r o n e n m i k r o s k o p i s c h e Aufn a h m e 30 000fach

Eindruck, als wiirden diese apicalen Erweiterungen abgeschniirt und in das Uteruslumen abgestoBen.

Dottersackepithel und EiweiSresorption

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Zwischen den Mikrovilli trifft man auf kryptenfSrmige Einsenkungen (vergl. Dottersack vom Meerschweinchen, D~.MPSEY 1953, P~TRY und Kf3HN~L 1963). Vom Grunde dieser Krypten aus entwickeln sich oft verschieden groSe pinocytotische Vesikel, die DEMrSEY (1953) beim Meerschweinchen mit verzweigten, intrazellul/s Tubu]i in Zusammenhang bringt. Wir konnten auch bei diesem Objekt einen r/~umlichen Zusammenhang mit einem bis in die tieferen Zellschichten reichenden Kan/~lchensystem nicht mit Sicherheit nachweisen (vergl. auch PETRY und Kt~HNEL 1963). Die apicalen Interzellularr/~ume sind sehr eng und dutch kontrastreiche Zellkontakte abgedichtet (Abb. 2). Der Kontrast wird durch die verdickte Cytoplasmamembran und durch einstrahlende Tonofilamente hervorgerufen. Bei st/~rkerer VergrSl~erung lassen die in unregelm/~$igen Abst/inden aufeinander folgenden Desmosomen an geeigneten StelIen die typische Schichtung erkennen, wobei die hellen osmiophoben Zonen die gleiche elektronenoptische Dichte besitzen wie der iibrige Interzellularraum (ODLAND1958, PERRY 1961, 1962, PETRY, 0VERB~CK und VOG~LL 1961). Gegen die Zellbasis zu verlaufen die Zellgrenzen stark geschl/~ngelt und gewunden (Abb. 3). Die seitliche Zellmembran kann verschieden tief eingebuchtet sein, so dab weite und zerkliiftete Zellzwischenr/~ume entstehen (Abb. 3). An diesen kommt es zur Ausbildung mehr oder weniger langer Cytoplasmaforts/s (vergl. auch menschliches Amnion, SCHMIDT 1963). Auffallenderweise gehen hier, im Gegensatz zum mehrschichtigen Plattenepithel (PETTY 1962, PV,TRy, OVE~ECK und VOGELL 1961), benachbarte Fortss keine Kontakte ein. Das Cytoplasma besitzt meist die gleiche elektronenoptische Dichte wie das der Mikrovilli. Gegelenthch stecken solche Plasmaforts/~tze in seitlichen Einbuchtungen der Nachbarzelle. Sie durchziehen in allen Richtungen den Interzellularraum, so dab sie auf Dfinnschnitten auch quer getroffen werden. Die Zellzwischenr/~ume kSnnen einen Durchmesser bis zu 1 # erreichen. An der Zellbasis fehlen sie im Gegensatz zu den Befunden beim Meerschweinchen (PETTY und Kf3HNEL 1963). Die basale Cytoplasmamembran zeigt ebenfalls einen welligen Verlauf, grenzt jedoch iiberall an die aul~erordentlich dicke Basalmembran (Abb. 5). An manchen Stellen kommt es zur Ausstfilpung basaler Plasmaforts/~tze bis tief in die Basalmembran. Auch das basale Cytoplasma enth/flt zahlreiche, unterschiedlich groBe pinocytotische B1/~schen, die mit Einsenkungen der basalen Oberfl/~che in Verbindung stehen. Das basale Plasmalemm zeigt ab und zu Verdichtungen, die sich der Basalmembran anlegen (,,ttalbdesmosomen"). Die Dottersackepithelzelle gleicht in Form und Gliederung in einzelne hervorstechende Zonen der Diinndarmepithelzelle (vergl. BERGE~X 1962, BROW~ 1962, PALV,Y and KARLIN 1959, RUSKA 1960). Unter dem apicalen Zellsaum finden sich zahlreiche, in ihrer GrSl~e variierende Vakuolen und Vesikel (Abb. 4), w/~hrend der mittlere Zellabschnitt besonders Mitochondrien, groBe aufgetriebene Vakuolen und Golgi-Apparate enth/~lt (Abb. 4 und 6). Im basalen Zelldrittel hegt der Zellkern und ein sp/~rliches endoplasmatisches Retikulum (Abb. 5). Die mehr oder weniger stark gelappten Kerne sind gleichm/s dicht. Ihre Nucleoli liegen mehr zentral. Die Kernporen und der perinukle/~re Raum sind fiberall gut ausgebildet (Abb. 5). Wie beim Dottersack des Meerschweinchens (PERRY und Kt~HNV,L 1963) ist das endoplasmatische Retikulum vorwiegend in den basalen Zellpartien vertreten

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G. PETRY u n d W . KiJItNEL:

A b b . 4.

D o t t e r s a c k K a n i n c h e n . Apicales u n d mittlercs Zelldrittel m i t Vakuolen untcrschiedlichcr Grfi]e u n 4 ~r Siehe Text. Elektronenmikroskopische A u f n a h m e 13800fach

und dicht mit Ribosomen besetzt. Die R/iume sind unterschiedlich weir und kSnnen blasig aufgetrieben sein (Abb. 5). An diesen Stellen ist der Ribosomen-

Dottersackepithel und Eiweil3resorption

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Abb. 5. D o t t e r s a c k K a n i n c h e n . Basaler Zellabschnitt m i t Zellkern u n d sp/~rlichem e n d o p l a s m a t i s c h e m R e t i k u l u m . Auffallend v e r b r e i t e r t e B a s a l m e m b r a n . Siehe T e x t . E l e k t r o n e n m i k r o s k o p i s c h e Aufn a h m e 13 800fach

besatz dann sp~rlicher und kann gelegentlich auch ganz fehlen, so da~ glatte Oberfl~chen auftreten. Die R/~ume sind nicht optisch leer, sondern enthalten wie das iibrige Cytoplasma feinste Granula, jedoch in geringerer Dichte. Eine eindeutige r~umliche Beziehung zu Mitochondrien konnten wir am vorliegenden Material nicht mit Sicherheit feststellen (vergl. dagegen PETRY und Kt)ttNEL 1963). Auffallend ist auch die unterschiedliche Verteilung der freien Ribosomen, Z. Zellforsch., Bd. 65

3

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G. PETRY und W. Kt)H~V,~.: Dottersackepithel und Eiwei~resorption

die besonders im basalen Zellabschnitt in gr6Berer Menge vorkommen. Die kleinen K6rnchen liegen entweder einzeln im Cytoplasma oder zu mehreren in kleinen Gruppen zusammen (Abb. 5 und 8). Mitochondrien liegen vorwiegend im mittleren und apicalen Zellabschnitt (Abb. 4). Dort sind sic kleiner und zahlreich, zur Zellmitte hin nimmt ihre Zahl ab. Hier sind sic aber meistens gr6Ber. Wahrscheinlieh sind die Mitochondrien sehr dfinn und verschieden stark gewunden, woraus sich auch die Ansammlung h~ufig dicht nebeneinander liegender Quer- und L/ingsschnitte erkl~ren l ~ t . Die mitochondriale Matrix ist elektronenoptisch verh/~ltnism~tl~ig dicht, so daB ein Kontrast gegenfiber dem helleren Cytoplasma entsteht. Allen gemeinsam ist die relative Armut an Cristae, so daB der Volumenanteil der Matrix verhs nisms hoch erscheint (siehe VOGELL 1963). Gelegentlich ist die Aul~enmembran der Mitochondrien unterbrochen. An diesen Stellen geht das ~ul~ere Chondrioplasma in das Cytoplasma fiber. Ob es sich dabei um Entleerungsvorgs handelt (WOHLFABTIt-BOTTERMANN 1957, WEISSENF~LS 1957), kann nicht mit Sicherheit entschieden werden. Denn auch an diesen Stellen mug die Sehnittrichtung ber/icksichtigt werden. Diinne, im intraplasmatischen Raum liegende gewundene Mitochondrien k6nnen so angeschnitten werden, dub die Biegung tangential getroffen wird. An solchen Stellen wird man dann im elektronenmikroskopischen Bild keine Hiillmembran antreffen. Langgestreekte Mi~ochondrien kSnnen sanduhrfSrmige Einschniirungen aufweisen, die mit einem vermutlichen Vermehrungsmodus in Zusammenhang gebraeht werden (vergl. PETRY und Ki3HNEL 1963). In allen Dottersaekepithelzellen kommen h/iufig mehrere typische GolgiFelder vor (Abb. 6), ffir die SCI-IMIDT(1962) im elektronenmikroskopisehen Bild die Bezeiehnung ,,Dalton"-Komplex vorsehl/~gt. Diese Komplexe sind, wahrscheinlich in AbhKngigkeit yon der Sehnittebene, recht unterschiedlieh gestaltet. Auffallend ist, dab in allen Zellabschnitten verstreut Golgi-Felder auftreten, w~hrend in polar differenzierten Zellen der ,,Dalton"-Komplex besonders nur im supranukle~iren Bereich zu finden ist. Die ,,Dalton"-Komplexe bestehen zum Teil aus Stapeln dfinnwandiger, racist parallel angeordneter Doppellamellen, die eine fein gekSrnelte Innenstruktur aufweisen. Oft findet man nur kurze Bruchstfieke von Doppelmembranen, die an ihren Enden abgeschlossen sein kSnnen oder sich in bl~sehenfSrmige Gebilde unterschiedlicher GrSBe erweitern. Mehrere solcher Bruchstficke kSnnen hintereinander angeordnet sein und dabei leicht gekrtimmt verlaufen. Sic schlieBen sieh jedoch niemals zu einem vollst~ndigen Kreis. Besonders inmitten dieser Pakete, aber auch an den Enden der Doppellamellen und seitlich yon ihnen liegen verschieden groBe Vakuolen, die selten elektronenoptisch leer sind, sondern ebenfalls ein zart granuliertes Materialenthalten. M6glieherweise stehen die gro[ten Vakuolen mit dem Golgi-Apparat in Beziehung, zumal sic den gleichen Inhalt besitzen wie kleinere, mit den GolgiLamellen in Verbindung stehende Vesikel. I m apicalen Saum der Dottersaekepithelzellen finden sich massenhaft ungeordnet verstreut liegende, racist runde oder ovale, gelegentlich auch 1/~nglicbe und gebogene Gebilde, die sich durch eine etwas gr61~ere Dichte vom umgebenden Cytoplasma abheben (Abb. 4). Ein Teil dieser Gebilde wird offenbar gr6Ber, der Inhalt hellt sich auf; die Oberfl~tche zeigt dann einen dichten Besatz feinster

Abb. 6.

Dottersack Kanincben. Oben rechts Golgi-Apparat. Vakuolcn, deren Membranen untcrb r o e h e n sind. Siehe T e x t . E l e k t r o n e n m i k r o s k o p i s c h e A u f n a h m e 30000fach 3*

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G. PETRu und W. K~HNEL:

Abb. 7. D o t t e r s a c k K a n i n c h e n . Grol]e V a k u o l e n . A n SteUe d e r u n t e r b r o c h e n e n V a k u o l e n m e m b r a n zahlreiche k l e i n e V e s i k e L Siehe T e x t . E l e k t r o n e n m i k r o s k o p i s c h e A u f n a h m e 16 000fach

Granula (Abb. 4). In der Gr6Benordnung folgen rund-ovale, gelegentlich unregelm~l~ige und zipflig ausgezogene Vesikel (Abb. 4 und 7). Auch hierbei sind die Randpartien durch die unterschiedliche Verteilung ihres Inhaltes dunkler, die Innenzonen dagegen hell. Es folgen groBe Vakuolen, deren l~ngster Durchmesser bis zu 4 # betragen kann und deren unregelm~Bige Oberfl~chen meist yon einer Membran scharf begrenzt sind (Abb. 4, 6 und 7). Ihr Inneres zeigt eine feine retikul~re Struktur. Gelegentlich ist die Vakuolenmembran eingerissen und die freien Enden nach innen eingerollt (Abb. 4, 6 und 7). Manchmal fehlt dadurch fast ein Drittel der Membran. An anderen Stellen finder man dann hiiufig Reihen feinster Vesikel (Abb. 7). Einige der groBen Vakuolen enthalten im Innern mehrere Bli~schenquerschnitte verschiedener GrSBe. Dabei scheinen kleinere in

Dottersackepithel und EiweiBresorption

Abb. 8.

D o t t e r s a e k K a n i n e h e n . Q u e r s c h n i t t e i n e i n a n d e r g e s e h a c h t e l t e r Vakuolen. E l e k t r o n e n m i k r o s k o p i s e h e 2~ufnahme 40000fach

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Siehe T e x t .

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G. PETRY und W. Ki)HNEL:

grSSeren zu liegen. Daneben kommen unregelm/~$ig geformte, durch Membranen scharf begrenzte Gebilde vor, die im Innern schalenartig angeordnete, dicht nebeneinander liegende Lamellen yon gleicher Dichte wie die KuBere Merebran enthalten (Abb. 8). Hierbei dtirfte es sich um Invaginationen kleinerer Vesikel in grSSere handeln. Man kann sich vorstellen, dab auch mehrere kleinere Vakuolen in eine grSSere eingestiilpt werden. Sind mehrere Vakuolen ineinandergeschachtelt und verlieren einzelne ihren Inhalt, so w/irden auf Querschnitten Lamellen yon Membranen dicht nebeneinander liegen. Zum Teil wird bei solchen

A b b . 9. D o t t e r s a c k K a n i n c h e n . I n die V a k u o l e n m e m b r a n e i n s t r a h l e n d e T o n o f i l a m e n t e . E l e k t r o n e n m i k r o s k o p i s c h e A u f n a h m e 40000fa~h

Siehe T e x t

Invaginationen auch Cytoplasma mit invaginiert, so dab auf Querschnitten im Inneren Cytoplasma mit Ribosomen anzutreffen sind. Ein weiterer regelm/~13iger Befund sind Biischel feinster Tonofilamente in der N/~he groSer Vakuolen. Sie strahlen gelegentlich sogar in die Vakuolenmembran ein (Abb. 9). An schr/~g angeschnittenen Vakuolenmembranen sind Tonofilamente regelm/~ig in Form kleiner Querschnitte zu erkennen (Abb. 4 und 8). Selbst an kleineren Vakuolen k6nnen Tonofilamente festgestellt werden, die unmittelbar auf der Membran liegen miissen. Das Auftreten yon Tonofilamenten mul3 als Ausdruck einer intraplasmatischen Spannung aufgefaI3t werden (PETRY, OVERBECK und VOGELL 1961). Derartige Spannungseffekte sind yon einem Zeitfaktor abh/~ngig. Tritt die Spannung innerhalb kiirzerer Zeit auf, so reagiert das Cytoplasma darauf anscheinend mit einer Ordnung. Die auftretenden Tonofilamente sind Ausdruck dieser Ordnung. Langsam sich entwickelnde raumbeengende Gebilde lassen die Spannungen vermissen. Daher findet man bei

Dottersackepithel und EiweiBresorption

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entsprechenden groBen, l~nger bestehenden Vakuolen anderer Gewebe keine Tonofilamente. Auf die Entstehung der Vakuolen im Dottersack bezogen, kSnnte damit ausgesagt werden, dab diese schnell entstehen mfissen, was unter Berficksichtigung des raschen materno-fetalen Stoffaustausches durchaus mSglich erscheint. Ein sehr hs Befund sind granul~re Cytosomen und elektronenoptisch dichte Einschlfisse enthaltende Vakuolen (Abb. 6). Auffallende Formationen, fiber deren Bedeutung wir keine Vorstellung haben, sind hufeisenfSrmig gebogene,

Abb. 10. D o t t e r s a c k K a n i n e h e n . L a m e l l e n k 6 r p e r c h e n . Siehe T e x t . E l e k t r o n e n m i k r o s k o p i s c h e Aufn a h m e 30000fach

glatte, dicht aneinander geprel3te Lamellen, die mSglicherweise mit dem GolgiApparat in Zusammenhang gebracht werden kSnnen (Abb. 10). Die stellenweise bis 20000/~, im Mittel etwa 15000 A dicke Basalmembran weicht in ihrem Aufbau und in ihrer Verbreiterung von den bisher bekannten Formen erheblich ab (Abb. 5). Sie wurde als multilamell~rer Typ schon beschrieben (PETRY und K~HNEL 1964, im Druck). Die wesentliche Abweichung besteht in einer bis etwa 18fachen Vermehrung der osmiophilen Laminae densae mit dazwischen liegenden Laminae rarae. Der gesamteBasalmembran-Komplex wird durch Erweiterung dieser osmiophoben Zwischenschichten stellenweise aufgelockert, so da~ er einem spongiSsen Maschenwerk gleicht. Einzelne dieser erweiterten R~ume enthalten osmiophile rundliche Einschlfisse von etwa 350 bis 500 A Durchmesser (vgl. auch BARGMANNund K~ooP ]959). Die Auflockerung finder sich besonders im epithelnahen Anteil des Basalmembrankomplexes, w/ihrend an der Grenze zum Bindegewebsraum osmiophile und osmiophobe Lamellen streng parallel angeordnet sind. Der Abstand der basalen Cytoplasmamembran zur ersten Lamina densa wird fiberall genau eingehalten, auch dort,

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G. P~TRY und W. K t t ~ L :

WO PlasmaffiBchen des Epithels gegen die Basalmembran vorgetrieben sind. Diese erste Lamina rara erweitert sich im Gegensatz zu den darauffolgenden nie. Die Verschiedenheiten des Basalmembrankomplexes kSnnten mit dem sicher unterschiedlichen Stofftransport vom Epithel zum Bindegewebsraum in Zusammenhang gebracht werden. Die Dicke der gesamten Basalmembran kSnnte zu der Uberlegung AnlaB geben, ob es sich nicht um eine dichte parallele Lage retikul/~rer Faserlemente handle, wie sie ffir lichtmikroskopische Verh/~ltnisse frfiher beschrieben wurden. Es ist mit Sicherheit auszuschliel~en, dab in den beschriebenen osmiophilen Lamellen retikul/~re oder pr/~kollagene Elemente vorkommen. Eine ihnen eigene Querstreifung wurde hie beobachtet. Durch die hellen Schichten ziehen jedoch oftmals feinste Fibrillen, die zwei sich gegenfiberliegende osmiophile Lamellen miteinander verbinden. Ahnliche brfickenartige Strukturen konnten wir auch beim Dottersack des Meerschweinchens nachweisen (PETRu und Ki)HNEL 1963). Der Bindegewebsanteil des Dottersackes besteht lichtmikroskopisch aus einem charakteristischen Gitterfasernetz, das besonders den Blutgef~Ben zugeordnet ist. Auch hier entsprechen die Befunde denen bei anderen Nagern (Kt)HNEL 1964, PETRY und KtTHNEL1963, PETRY und ZUL~OER 1957). Auch im elektronenmikroskopischen Bild sind gegeniiber den bisher untersuchten Bindegewebsrs und ihrer Anteile wie Fibrozyten, Histiozyten, Blutkapillaren und Fasern, keine auffallenden Besonderheiten festzustellen (DEMPSEY1963, PETRr und K/JHNEL 1963, PETRY und ZUL~GER 1957). Das subepitheliale Bindegewebe wird auch hier gegen das extraembryonale Coelom wie beim Dottersack des Meerschweinchens (PETRY und Ki)HNEL 1963) durch ein diinn ausgezogenes Mesothel abgeschlossen, dessen Basalmembran ungleich diinner ist wie die des Epithels und den typischen Bau zeigt. Diskussion Die Gliederung der Dottersackepithelzellen entspricht in vielem derjenigen des Dfinndarmepithels (BERGENER 1962, BROWN 1962, PALAY and KARLIN 1959, RUSKA 1960), bei dem, wie beim Dottersack, folgende Schichtung regelm/~Big anzutreffen ist: a) I m apicalen Drittel befindet sich unter dem mit Mikrovilli ausgestatteten Saum eine etwa 1 # breite osmiophile oder zumindest elektronenoptisch dichtere Randzone. Unmittelbar darunter folgt eine Zone, die haupts/ichlich kleinere Vesikel entf/~llt. b) Das mittlere Drittel der Epithelzellen enth/ilt Mitochondrien unterschiedlicher F o r m und GrSl]e, sowie Uberg/inge yon kleinen fiber mittlere bis zu 4/z groBen Vakuolen. c) Das basale Drittel enth/ilt meist den Kern und das h/~ufig nur sp~rlich ausgebildete endoplasmatische Retikulum. Nach v. MAYERSBACH (1958, 1959) erfolgt der ~Tbergang yon markierten Serumproteinen (Ratte), die in das mfitterliche Gef/iBsystem injiziert wurden, fiber die Dottersackepithelzellen. Die markierten Serumproteine konnten sp/iter sowohl serologisch als auch elektrophoretisch in den Dottersackgef/~Ben, im Embryonalblut und Fruchtwasser nachgewiesen werden. Die h/~mochoriale Placenta ist als Transmissionsorgan ffir Proteine auszuschlieBen (v. MAYERSBACH 1959).

Dottersackepithel und Eiwei•resorption

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Bereits ~ltere Autoren glaubten auf Grund ihrer lichtmikroskopischen Befunde an Querschnitten an eine Resorptionsfunktion des Dottersackes (vgl. JABUREK 1928, LEH~ER 1914, LITWER 1928, 0STERHAGE 1931). So konnten auch in neuerer Zeit B~AMBELL (1954), BRAMBELL and HEMMI~GS (1960), HEMMI~GS and BRAMBELL (1961), SCItECHTMANand ABRAHAM (1958) und SMrrH and SCHECHTMAN (1962) den Ubergang von Proteinen und markierten AntikSrpern vom Uterusepithel fiber den Dottersack zum Embryo beim Kaninehen nachweisen. Damit wird es beim vorliegenden 0bjckt m5glich, einen Teil der nachgewiesenen Funktionen direkt mit dem morphologischen Substrat in Beziehung zu setzen. Sicher kSnnen auch andere Stoffe fiber den Dottersack transportiert werden. Ffir das Glykogen hat DAVIES (1956) an Hand histochemischer Befunde diesen Transportweg gezeigt. Der apieale Zellsaum und das Utcrussekret sind, wie wir best~tigen kSnnen, stark PAS-positiv. Glykogen wird, wie bei Dottersi~cken anderer Spezies, regelms im apicalen Drittel der Zelle nachgewiesen (Maus und Ratte: GOLDMANN 1912, K~HI~EL 1964, PETRY und ZULEGER 1958, SEO 1955, WISLOCKI und DEMI'SEY 1945, WISLOCKI und I:)ADYKULA 1953, WIsLOCKI, DEANE und DEMPSEY 1946; Meersehweinchen: PETTY und Kt~HH~EL 1963). Im Zusammenhang damit steht sicher der starke Gehalt an alkalischer Phosphatase im Bfirstensaum (Mikrovilli). Dieser Befund entspricht aueh den Feststellungen I-IARDs (1946) und unseren (PETRY und K~tINEL 1963) beim Dottersack des Meerschweinchens. Alle Stoffe, die fiber das Dottersackepithel zu den Dottersackgef~i]en transportiert wcrden, haben die Basalmembran zu passieren. Dies gilt sowohl ffir den Weg durch die gesamte Epithelzelle v o n d e r 0berfls zur Basis als auch fiir den zweiten m5glichen Weg, ni~mlich vom apicalen Zellabschnitt fiber die seitlichen Zellparticn in die erweiterten Interzellularr~ume. Man k5nnte sich nun vorstellen, dab die beim Kaninchen wie auch beim Meerschweinchen (PETRY und Ki2HNEL 1963, 1964 - - im Druck) so auff~llig verdickte Basalmembran den Durchtritt irgendwelcher Stoffe erschwere. Dagegen spricht zun~chst der Befund von v. MAYERSBACH (1958, 1959), der die markicrten Proteine bei der Ratte in und unter der verbreiterten Basalmembran lichtmikroskopisch nachweisen konnte. Speziell beim Kaninchen konnten SMITH und SCHECHTMA~ (1962) und SCHECHTMAN und ABRAHAM (1959) das gleiche feststellen. Auffi~llige Parallelen zwischen verbreiterter Basalmembran und EiweiBdurchls sind die Befunde der verbreiterten Basalmembran der Glomerulumkapillaren nephrotischer Nieren (CHuRG, GRISHMAN und MAUTNER 1960, FARQUItAR,VERIqIER und GOOD 1957, MILLER und BOHLE 1956, 1957, SAKAGUCHI, SUZUKI und YAMAGUCHI 1957, SIMER 1954, SITTE 1959, SPIRO 1960, 1962). AMON und GAYER (1963) konnten durch Hyaluronidasegaben bcim Kaninchen eine Verbreiterung der Basalmembran erzeugen, die yon einer Proteinurie begleitet wird. Wenn auch solche pathologisehen Zusts nieht immer mit normalen Abls vergleichbar sind, so miissen in diesem speziellem Falle solche Parallelen berfieksichtigt werden. Die Durchliissigkeit der Basalmembran beruht sicher nicht auf der Ver~nderung der osmiophilen Laminae densae, die bei unserem Material vermehrt auftreten, sondern sind in einer noch unbekannten ~nderung der in den Zwisehenr~umen befindlichen Substanz zu suehen. Diese setzt sich, soweit es heute bekannt ist,

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G. I:)ETI:CYund W. KiiHNEL:

aus Mucopolysacehariden zusammen. Es ist denkbar, daB deren Quellung durch Wasseraufnahme zur Durchl/~ssigkeit fiihrt. Auch der zweite transepitheliale Weg dfirfte morphologisch nachweisbar sein. W/~hrend die apicalen Zellkontakte stets durch desmosomale breite Strukturen gekennzeichnet sind, variiert der darunter befindliche Interzellularraum. In diesen ragen variable Cytoplasmaforts/itze yon gleicher elektronenoptischer Dichte wie die der Mikrovilli. Zum Teil erscheinen diese Forts~tze verbreitert. SCHMIDT (1963) hat solche erweiterten Interzellularr/~ume auch beim menschlichen Amnion beschrieben und auch dort Cytoplasmaforts/~tze /~hnlicher Form abgebildet. Auffallend ist, daB beim Dottersackepithel diese Forts/s niemals Kontakte eingehen. Sic miissen daher yon den zur Desmosomenbildung bef/Chigten Interzellularforts~tzen unterschieden werden. Die entsprechenden Mikrovilli der interzellul~ren Gallenkapillaren kSnnen mit denen des Dottersackes verglichen werden. Wie dort hat die Bildung der so vergr6Bterten Cytoplasmaoberfl/~che eine Bedeutung ffir den Stoffaustausch, wobei dieser auch beim Dottersack sieher vorwiegend in Riehtung v o n d e r Zelle zum Interzellularramn abl/~uft. Die Resorption und der transzellul/~re Transport des EiweiBes finden ihren morphologischen Niedersehlag in auffallend groBen Vakuolen. Am Dottersack der Ratte (PETRW und ZULEGER 1958) und des Meersehweinehens (PETRY und KI~HNEL 1963) waren sie durchsehnittlieh kleiner. Ihre Entstehung aus den apical gelegenen kleinen Vesikeln mit h/tufig dichterem Inhalt ist wahrscheinlich. Zwischen diesen beiden GrSBenordnungen lassen sieh zwanglos a]le Zwisehenstufen yon Vakuolen feststellen. Innerhalb der groBen, von einer scharf sieh darstellbaren Membran umgebenen Vakuolen befindet sich ein aus f/s Elementen zusammengesetzter Inhalt, der gelegentlich an den R/~ndern aus feinsten, dicht stehenden Granula besteht. Dieser unterschiedlich elektronenoptisch dichte Inhalt deutet auf Umbauvorg/~nge bin. Auf welchem Weg dann der Vakuoleninhalt weitertransportiert wird, diirfte aus dem Verhalten der groBen Vakuolen selbst zu entnehmen sein. Die feinen Membranen platzen, rollen sich mit ihren zerrissenen Enden nach innen ein und der Inhalt geht in das unstrukturierte Cytoplasma fiber. Ob die kleinen, an den 0ffnungen der Vakuolen anzutreffenden Vesikel Ausdruck einer erneuten Einverleibung des Inhaltes in Vakuolen sind, entzieht sich unserer Beurteilung. Die Bildung grSBerer Vakuolen erfolgt anscheinend in relativ kurzer Zeit. Dies ist aus dem Auftreten yon Tonofilamenten zu schlieBen, die, wie Schr/igschnitte zeigen, unmittelbar den Vakuolenmembranen aufliegen. Tonofilamente sind als Ausdruck molekularer Ordnungen anzusehen, die u. a. durch intraplasmatische Spannungen entstehen (PETRY, OVERBECK und VOaELL 1961). Diese wiederum werden besonders bei schnellem Auftreten wirksam. Damit lassen sich zwei Aussagen maehen: die Vakuolen mfissen relativ rasch gebildet werden und wieder verschwinden, was bei den lebhaften materno-fetalen Transportvorg/ingen verst/~ndlich ist. Zum anderen wird der frfiher schon interpretierte Entstehungsmodus (PETRu OVEI~BECKund VOGELL 1961) der Tonofibrillen auf Grund intraplasmatischer Spannungen erneut best/itigt. Als ein weiterer Beweis ffir die Entstehung soleher Tonofilamente auf Grund intraplasmatischer Spannungen darf die Beobaehtung gelten, dab diese bei Nachlassen des intravakuo-

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l•ren Druckes wieder verschwinden. Geplatzte Vakuolen oder geschrumpfte (mit gefalteter Membran) besitzen keine oder kaum noch Tonofilamente. SchlieBlich sei als weiterer Befund von allgemein cytologischem Interesse noch auf die lamellenartigen Gebilde eingegangen, die in der letzten Zeit 5fter besehrieben und z.B. als ,,whorls" ( W A L x ~ 1960) oder als ,,ZwiebelkSrperchen" (STAUBESAND,KUHLO und KERSTI~G 1963, STAUBESAND und KERSTI~G 1964) bezeichnet wurden. Sicher werden solche Gebilde auf der Grundlage verschiedener Strukturen (Golgi-Apparat, endoplasmatisches Retikulum, Mitochondrien) entstehen k6nnen. In unserem Falle handelt es sich wahrscheinlich mn mehrere, ineinandergeschachtelte Vakuolen, yon denen sich einige so welt nach Verlust ihres Inhaltes abplatten, dal~ die fibrigbleibenden Membr~nen dicht nebeneinander liegen. Werden benachbarte Vakuolen ineinandergestfilpt, so findet sich zwischen den Membranen auch Cytoplasms. Anschnitte solcher Gebilde ergeben Querschnitte, die im Innern noch weitere solche eingestfilpten Vakuolen enthalten. Das Epithel des Kaninchendottersackes kann als ein Modell ~ngesehen werden, an dem eine Resorption arteigenen EiweiBes yon sicher grSBeren Molekfilen morphologisch verfolgbar ist. Hierin liegt trotz der ~hnlichkeit der cytologischen Organisation seiner Zellen mit dem Darmepithel ein grundsittzlicher Unterschied insofern, als hier artfremde Eiwei~e der Nahrung aufgenommen werden, wiihrend dort das EiweiB der Mutter mehr oder weniger unveritndert zum Embryo transportiert wird. Worin dann der Unterschied im ttinblick auf die Resorptiol~ verschiedener Eiweil~e zwischen Darmepithel und Dottersackepithel besteht, mui~ weiteren Untersuchungen vorbehalten bleiben.

Zusammenfassung Elektronenmikroskopische Untersuchungen am Dottersack des Kaninchens ergeben folgende Befunde: 1. Die Dottersackepithelzelle gleicht in der Gliederung ihrer Zellkompartimente der des Dfinndarmes. 2. Die Oberfli~che ist mit dichtstehenden Mikrovilli besetzt. Das apicale Zelldrittel ist in seinen oberfliichlichen Anteilen PAS-positiv und gibt eine positive Reaktion auf alkalische Phosphatase. Es enth~lt kleinste Vesikel verschiedenen Inhaltes. 3. Die Zellmitte enth~lt die gr5i~te Zahl der Mitochondrien sowie sehr gro~e Vakuolen, die sich zwanglos aus den kleinen ableiten lassen. Ihre Membranen reil~en ein, und der Vakuoleninhalt wird in das Cytoplasma entleert. 4. Im basalen Drittel werden vorwiegend die Kerne angetroffen. Die Vakuolen sind hier meist erSffnet oder fehlen zum Tell fiberhaupt. Das vorwiegend hier ]okalisierte endoplasmatische Retikulum ist sp~rlich. 5. Die Basalmembran ist auffallend breit (bis zu 20000 A). Ihre Abweichung v o n d e r fib]ichen Form wird mit der Eiwei~resorption diskutiert. 6. Die im apicalen Abschnitt durch Zellkontakte abgeschlossenen Interzellularr~ume werden nach unten weir und unregelm~Big. Die in sie hineinragenden Cytoplasmaforts~tze gehen keine Kontakte ein. Sie werden mit dem Stofftransport fiber die Interzellularr~ume in Zusammenhang gebracht.

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G. P~TRY und W. KttHNEL:

7. Das A u f t r e t e n v o n T o n o f i l a m e n t e n i n der W a n d grol3er Vakuolen k a n n als Zeichen dort a u f t r e t e n d e r cytoplasmatischer S p a n n u n g e n gedeutet werden u n d weist auf ein schnelles E n t s t e h e n dieser Vakuolen hin. 8. Der materno-fetale T r a n s p o r t besteht u n t e r a n d e r e m aus arteigenem Eiweil3 u n d finder seinen morphologischen Niederschlag i n den grol~en Vakuolen. 9. Das A u f t r e t e n lamellenartiger cytoplasmatischer Gebilde wird m i t I n v a g i n a t i o n e n u n d I n e i n a n d e r s c h a c h t e l u n g yon Vakuolen verschiedener GrS•en i n Z u s a m m e n h a n g gebracht n n d als eine der Ursachen ffir die E n t s t e h u n g solcher Lamellengebilde diskutiert. Literatur AMON, H., u. J. GAYER: Elektronenmikroskopische Untersuchungen fiber den Einflu~ der Hyaluronidase auf die Basalmembran der Glomerulumkapillaren mit besonderer Berficksichtigung der Permeabilit/itsfrage. Klin. Wsehr. 4f, 163--172 (1963). BARGMA~N,W., u. A. K•ooP: Elektronenmikroskopische Untersuchungen an Placentarzotten des Menschen. Bemerkungen zum Syncytiumproblem. Z. Zellforsch. 50, 472--493 (1959). BERGENER, M.: Die Feinstruktur des Dfinndarmepithels w/ihrend der physiologisehen Milchresorption beim jungen Goldhamster. Z. Zellforseh. 57, 428--474 (1962). BRAMBELL,R. F . W . : Transport across the fetal membranes. Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol. 19, 71--81 (1954). --, and W. A. HEMMI~CS: The transmission of antibodies from mother to fetus. In: The placenta and fetal membranes. Baltimore: Williams & Wilkins Co. 1960. B~ow~, A. L. : Microvilli of the human jejunal epithelial cell. J. Cell Biol. 12,623--627 (1962). C~tVRG, J., E. G~mmvtA~,and W. MAVTNER: Nephrotoxic serum nephritis in the rat. Electron and light microscopic studies. Amer. J. Path. 37, 729--749 (1960). DAVIES, J.: Histochemistry of the rabbit placenta. J. Anat. (Lond.) 90, 135--142 (1956). - - Transactions of the fifth conference on gestation 1959, pp. 228--241. Zit. bei: The placenta and fetal membranes. Baltimore: Williams & Wilkins Co. 1960. ])EMPSEY, E.W.: Electron microscopy of the visceral yolk-sac epithelium of the guinea pig. Amer. J. Anat. 93, 331--363 (1953). FA~QVrtAR,M. G., R. L. VER~I~.~, and R. A. GOOD: An electron microscopic study of the glomerulus in nephrosis, glomerulonephritis and lupus erythematosus. J. exp. Med. 106, 649--660 (1957). GOLDMANN,E. E. : Die/iuBere und innere Sekretion des gesunden und kranken Organismus im Lichte der ,,vitalen F/~rbung" (Tell II). Bruns' Beitr. klin. Chir. 78, 1--138 (1912). GROSS~.R,0. : Vergleichende Anatomie und Entwieklungsgeschiehte der Eih~ute und der Placenta. Wien u. Leipzig: Willi Braunmfiller 1909. HARD,W.: J~ histochemical and quantitative study of phosphatase in the placenta and fetal membranes of the guinea pig. Amer. J. Anat. 78, 47--56 (1946). HEMMI~GS,W. A., and R. F. W. BRAMBELL: Protein transfer across the foetal membranes. Brit. med. Bull. 17, 96--101 {1961). JABUREK, L. : ]~ber einen Bfirstenbesatz an den Epithelzellen des visceralen Dottersackb]attes bei den Nagern. Z. mikr.-anat. Forsch. 12, 371--382 (1928). Ki)~INEL, W.: Morphologische und experimentelle Untersuchungen an der Allantois des Hfihnchens. Z. Zellforsch. 54, 807--830 (1961). - - Histologische Untersuchungen an den Embryonalhfillen der weiSen Maus. Z. Zellforsch. 68, 194--207 (1964). L]~N]~R, J. : ~ber den feineren Bau und die Entwicklung des Dottersaekes bei der weiI~en Maus. Verh. anat. Ges. (Innsbruck) 46, 182--186 (1914). LITWER, G. : ]~ber die Sekretion und Resorption in den Dotterentodermze]len bei graviden M~usen. Z. Zellforseh. 8, 135--152 (1929). MAYnRSBAC~,H. v. : Zur Frage des Proteinfiberganges vonder Mutter zum Foeten. L Befunde an Ratten am Ende der Schwangerschaft. Z. Zellforseh. 48, 479--504 (1958). - - Stofftransport yon der Mutter zum Fetus (Ratte). Verh. anat. Ges. (Zfirich) 56, 89--93 (1959).

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