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Virchows Archiv B

, Volume 7, Issue 1, pp 126–146 | Cite as

Glykogen und endoplasmatisches Reticulum der Leberzelle nach hohen Dosen des Carcinogens N-Nitrosomorpholin

  • A. Theodossiou
  • P. Bannasch
  • W. Reuss
Article

Glycogen and endoplasmic reticulum of the liver cell after high doses of the carcinogen N-nitrosomorpholin

Summary

The effect of high doses of the carcinogen NNM on hepatocellular fine structure is analyzed in rats by means of light and electron microscopy. Alterations of the 3 cytoplasmic components: glycogen—endoplasmic reticulum (ER)—ribosomes predominate. During carcinogen application nearly all hepatocytes show a pronounced loss of glycogen. At the same time the ER and the ribosomes undergo fairly different changes. There are 4 basic reactions: 1. ER-disorganization, 2. ER-proliferation, 3. ribosomal reduction, 4. ribosomal enhancement. The disorganization of the ER may be linked with a general reduction of ribosomes or with an enhancement of free ribosomes and helical arrangement of polysomes. The newly formed ER seems always to be agranular initially. It is often transformed, however, into atypical granular reticulum.

Cells deficient in ribosomes and glycogen mostly undergo coagulation necrosis, always leading to a marked loss of parenchyma. Cells rich in ribosomes, on the other hand, frequently show mitoses which, as a rule, are abnormal. This explains the development of polyploid nuclei and partly also the increase in cytoplasmic volume of numerous ribosome-rich cells. After with drawal of the carcinogen ribosomal enhancement, glycogen loss and increase in mitotic rate proove to be reversible within 5 weeks. Thus these cellular alterations should not be considered precancerous lesions. They probably indicate incomplete regeneration processes, initiated by toxic necrosis, disturbed, however, by the intoxication itself.

Zusammenfassung

Die Wirkung hoher Dosen des Carcinogens NNM auf die Feinstruktur der Hepatocyten wird an Ratten während einer dreiwöchigen oralen Giftgabe und 5 Wochen nach Stop der Giftzufuhr licht- und elektronenmikroskopisch analysiert. Im Vordergrund stehen Veränderungen an den 3 Cytoplasmakomponenten: Glykogen—endoplasmatisches Reticulum (ER) — Ribosomen. Das Glykogen schwindet unter der Gifteinwirkung fast im gesamten Leberparenchym. ER und Ribosomen verhalten sich dabei ganz uneinheitlich. Im wesentlichen sind 4 Grundreaktionen zu unterscheiden: 1. Disorganisation des ER, 2. Proliferation des ER, 3. Ribosomenverminderung, 4. Ribosomenvermehrung. Die Disorganisation des ER kann sowohl mit genereller Ribosomenverminderung als auch mit Vermehrung der freien Ribosomen und Ausbildung helixartiger Polysomen kombiniert sein. Das proliferierte ER ist zunächst offenbar stets agranulär, wird aber durch Besatz mit Ribosomen oft in atypisches granuläres Reticulum verwandelt.

Ribosomenarme Glykogenmangelzellen gehen meist zu Grunde, so daß regelmäßig ein starker Parenchymschwund eintritt. Ribosomenreiche Zellen zeigen dagegen häufig Mitosen. Diese sind fast immer pathologisch gestört. Das erklärt die Entwicklung polyploider Großkerne und teilweise auch die Vergrößerung des Cytoplasmavolumens zahlreicher ribosomenreicher Hepatocyten. Nach Absetzen des Carcinogens erweisen sich die Ribosomenvermehrung, der Glykogenschwund und die Steigerung der Mitoserate innerhalb von 5 Wochen als reversibel. Demnach zeigen diese Zellveränderungen keine irreversiblen präcancerösen Läsionen an, sondern sind vermutlich Ausdruck unvollkommener Regenerationsvorgänge, die durch die toxischen Parenchymnekrosen ausgelöst, zugleich aber durch die Intoxikation selbst gestört werden.

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Literatur

  1. Altmann, H.-W.: Der Zellersatz, insbesondere an den parenchymatösen Organen. Verh. dtsch. Ges. Path.50, 15–51 (1966).Google Scholar
  2. — Haubrich, J.: Über hepatozelluläre Mitosestörungen und Kerneinschlüsse nach wiederholten Colchicingaben. Zugleich ein Beitrag zum Problem der nuklearen Plasmainklusionen. Beitr. path. Anat.181, 355–394 (1965).Google Scholar
  3. Ashworth, C. T., Werner, J. O., Wrightsman, F. J.: Effect of thioacetamide-induced sublethal hepatic cell injury on protein synthesis. Proc. Soc. exp. Biol. (N. Y.)119, 495–501 (1965).Google Scholar
  4. Bannasch, P.: Nitrosamin-induzierte Glykogenose und Geschwulstbildung in der Rattenleber. Verh. dtsch. Ges. Path.51, 343–349 (1967).Google Scholar
  5. — The cytoplasm of hepatocytes during carcinogenesis. Light and electron microscopic investigations of the nitrosomorpholine-intoxicated rat liver. Rec. Res. Cancer Res. vol.19, Berlin-Heidelberg-New York: Springer 1968.Google Scholar
  6. — Grundsätzliche cytopathologische Unterschiede in der Genese von Lebercirrhose und Leberzellcarcinom. Verh. dtsch. Ges. Path.53, 335–341 (1969).Google Scholar
  7. — Müller, H.-A.: Lichtmikroskopische Untersuchungen über die Wirkung von N-Nitrosomorpholin auf die Leber von Ratte und Maus. Arzneimittel-Forsch.14, 805–814 (1964).Google Scholar
  8. — Reiss, W.: Cholangioläre Mucopolysaccharidose und Cholangiom-Bildung bei Nitrosaminvergifteten Ratten. Naturwissenschaften57, 46 (1970).PubMedCrossRefGoogle Scholar
  9. Bartok, J., Viragh, St.: Zur Entwicklung und Differenzierung des endoplasmatischen Retikulums in den Epithelzellen der regenerierenden Leber. Z. Zellforsch.68, 741–754 (1965).PubMedCrossRefGoogle Scholar
  10. Behnke, O.: Helical arrangement of ribosomes in the cytoplasm of differentiating cells of the small intestine of rat foetus. Exp. Cell Res.30, 597–598 (1963).CrossRefGoogle Scholar
  11. Daoust, R., Molnar, F.: Cellular populations and nucleic acid metabolism in rat liver parenchyma during azo dye carcinogenesis. Cancer Res.24, 1898–1909 (1964).PubMedGoogle Scholar
  12. Djaczenko, W., Benedetto, A., Pezzi, R.: Formation of helical polyribosomes in poliovirus-infected cells of the 37 RC line. J. Cell Biol.45, 173–177 (1970).PubMedCrossRefGoogle Scholar
  13. Druckrey, H., Preussmann, R., Schmähl, D., Müller, M.: Chemische Konstitution und carcinogene Wirkung bei Nitrosaminen. Naturwissenschaften48, 134–145 (1961).CrossRefGoogle Scholar
  14. Emmelot, P., Mizrahi, J., Naccarato, R., Benedetti, E. L.: Changes in function and structure of the endoplasmic reticulum of rat liver cells after administration of cysteine. J. Cell Biol.12, 177–180 (1962).PubMedCrossRefGoogle Scholar
  15. Epstein, S. H., Ito, N., Merkow, L., Farber, E.: Cellular analysis of liver carcinogenesis: the induction of large hyperplastic nodules in the liver with 2-fluorenylacetamide or ethionine and some aspects of their morphology and glycogen metabolism. Cancer Res.27, 1702–1711 (1967).PubMedGoogle Scholar
  16. Fawcett, D. W.: Observations on the cytology and electron microscopy of hepatic cells. J. nat. Cancer Inst.15, 1475–1503 (1966).Google Scholar
  17. Forget, A., Daoust, R.: Histochemical study on rat liver glycogen during DAB carcinogenesis. Int. J. Cancer5, 404–409 (1970).PubMedCrossRefGoogle Scholar
  18. Friedrich-Freksa, H., Gössner, W., Börner, P.: Histochemische Untersuchungen der Cancerogenese in der Rattenleber nach Dauergaben von Diäthylnitrosamin. Z. Krebsforsch.72, 226–239 (1969).PubMedCrossRefGoogle Scholar
  19. Gössner, W., Friedrich-Freksa, H.: Histochemische Untersuchungen über die Glucose-6-Phosphatase in der Rattenleber während der Cancerisierung durch Nitrosamine. Z. Naturforsch.19b, 862–864 (1964).Google Scholar
  20. Grundmann, E., Sieburg, H.: Die Histogenese und Cytogenese des Lebercarcinoms der Ratte durch Diäthylnitrosamin im lichtmikroskopischen Bild. Beitr. path. Anat.126, 57–90 (1962).Google Scholar
  21. Hadjiolov, D., Dikow, A.: Die Glucose-6-Phosphatase und Aldolase in primären, Diäthyl-nitrosamin-induzierten Lebertumoren. Z. Krebsforsch.74, 48–54 (1970).PubMedCrossRefGoogle Scholar
  22. Jago, M. V.: The development of hepatic megalocytes of chronic pyrrolizidine alkaloid poisoning. Amer. J. Path.56, 405–420 (1969).PubMedGoogle Scholar
  23. Jezequel, A.-M.: Les effects de l’intoxication au phosphore sur le foie de rat. Etude au microscope électronique. Ann. Anat. path.3, 512–537 (1958).Google Scholar
  24. Lesch, B., Meinhardt, K., Oehlert, W.: Lichtmikroskopische und autoradiographische Befunde bei der Cancerisierung der Rattenleber mit Methyl-Allyl-Nitrosoharnstoff. Z. Krebsforsch.70, 267–280 (1968).PubMedCrossRefGoogle Scholar
  25. Magee, P. N.: Toxic liver necrosis. Lab. Invest.15, 111–130 (1966).PubMedGoogle Scholar
  26. Meyer-Bertenrath, J.: Störungen der Ribosomenfunktion während einer exogen induzierten Carcinogenese. Z. Naturforsch.22b, 660–662 (1967).Google Scholar
  27. — Dege, U.: Zur Wirkung des Nitrosomorpholins auf den RNS-Stoffwechsel der Rattenleber. Z. Naturforsch.22b, 169–172 (1967).Google Scholar
  28. Monneron, A.: Experimental induction of helical polysomes in adult rat liver. Lab. Invest. 20, 178–183 (1969).PubMedGoogle Scholar
  29. Mukherjee, T., Gustafsson, R. G., Afzelius, B. A., Arrhenius, E.: Effects of carcinogenic amines on amino acid incorporation by liver slices. Cancer Res.23, 944–953 (1963).PubMedGoogle Scholar
  30. Pfeifer, U.: Celluläre Autophagie: Glykogensegregation im Frühstadium einer partiellen Leberatrophie. Virchows Arch. Abt. B Zellpath.5, 242–253 (1970).Google Scholar
  31. Porter, K. R., Bruni, C.: An electron microscope study of the early effects of 3′-Methyl-DAB on rat liver cells. Cancer Res.19, 997–1009 (1969).Google Scholar
  32. Rappaport, A. M.: Acinar units and the pathophysiology of the liver. In: The liver (ed. Ch. Rouiller) vol.1, p. 265–328. New York-London: Academic Press 1963.Google Scholar
  33. Recknagel, R. O.: Carbon tetrachloride hepatotoxicity. Pharmacol. Rev.19, 145–208 (1967).PubMedGoogle Scholar
  34. Rouiller, Ch.: Contribution de la microscopie électronique à l’étude du foie normal et pathologique. Ann. Anat. path.2, 548–562 (1957).Google Scholar
  35. Schauer, A., Kunze, E.: Enzymhistochemische und autoradiographische Untersuchungen während der Cancerisierung der Rattenleber mit Diäthylnitrosamin. Z. Krebsforsch.70, 252–266 (1968).PubMedCrossRefGoogle Scholar
  36. Smuckler, E. A., Arcasoy, M.: Structural and functional changes of the endoplasmic reticulum of hepatic parenchymal cells. Int. Proc. Exp. Path.7, 305–418 (1969).Google Scholar
  37. —, Iseri, O. A., Benditt, E. P.: Studies on carbon tetrachloride intoxication. I. The effect of carbon tetrachloride on incorporation of labelled amino acids into plasma proteins. Biochim. biophys. Res. Commun.5, 270 (1961).CrossRefGoogle Scholar
  38. ——— An intracellular defect by carbon tetrachloride. J. exp. Med.116, 55–72 (1962).PubMedCrossRefGoogle Scholar
  39. Suzuki, I., Kamei, H., Takahashi, M.: Ultrastructural study on the ribosome helix and its change after antigenic stimulation in P3-J cells. Exp. molec. Path.4, 28–37 (1969).CrossRefGoogle Scholar
  40. Sydow, G., Fey, F.: Über die Glykogenose in der Rattenleber nach Einwirkung von Diäthylnitrosamin. Acta biol. med. germ.23, K9–13 (1969).Google Scholar
  41. —, Sydow, H.: Die Wirkung kurzdauernder Verabreichung von kanzerogenen Stoffen auf den Glykogengehalt sowie auf die Hexokinase und Glukokinaseaktivität der Rattenleber. Acta biol. med. germ.14, 468–475 (1965).PubMedGoogle Scholar
  42. Thoenes, W.: Zur Kenntnis des glatten endoplasmatischen Retikulums der Leberzelle. Verh. dtsch. Ges. Path.46, 202–206 (1962).Google Scholar
  43. — Bannasch, P.: Elektronen- und lichtmikroskopische Untersuchungen am Cytoplasma der Leberzelle nach akuter und chronischer Thioacetamid-Vergiftung. Virchows Arch. path. Anat.335, 556–583 (1962).CrossRefGoogle Scholar
  44. Wooding, F. B. P.: Ribosome helices in mature cells. J. Ultrastruct. Res.24, 157–164 (1968).PubMedCrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1971

Authors and Affiliations

  • A. Theodossiou
    • 1
    • 2
  • P. Bannasch
    • 1
  • W. Reuss
    • 1
  1. 1.Pathologisches Institut der Universität WürzburgDeutschland
  2. 2.Pathologischen Institut der Universität AthenDeutschland

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