Acta histochem. Bd. 56, S. 261-269 (1976)

Sektion Biologie del' E.-M.-Arndt-Universitat Groifswald(Direktor: Prof. Dr. F. MACH)

NADH- hzw. NADPH-Oxidase-Aktivitat in den Blutzellenhemi- und holometaboler Insekten1)

NADH- resp. NADPH-oxidase-activity in the blood cellsof hemi- and holometabolic insects

Von BENJAMIN MESSNER

Mit 5 Abbildungen

(Eingegangen am 10. September 1975)

Zusammenfassung

In den Blutzellen unbehandelter und immunisierter Insekten wird histochemisch eine steigerungs­

fahige NADH- bzw, NADPH-Oxidase-Aktivitat nachgewiesen, die nach KLEBANOFF uber die H 202­

Bildung an dem Zustandekommen einer intrazellularen Bakterizidie beteiligt ist.

Summary

In the hemocytes of a control group and a group of immunised insects an onhanceable NADH­

or NADPH-oxidase-activity is demonstrated histochemically which, according to KLEBANOFF, hasa share in the development of an intracellular antibacterial activity via the synthesis of H 202•

1. Einleitung

Nachdem KLEBANOFF (1967 a, b, 1968, 1970, 1974a, b) und KLEBANOFF u. a. (1965,1966,1972) zeigen konnten, daB die wahrend der Phagozytose in menschlichen Leuko­zyten auftretende Bakterizidie auf ein Zusammenwirken von Peroxidase, H 20 z undHalogen-lonen beruht, konnte dieser Wirkungsmechanismus durch andere Autorenund auch bei weiteren Wirbeltieren nachgewiesen werden (ALLEN 1975a, b, ALLENet al. 1974; BABIOR et al. 1973, 1975; BHUYAN et al. 1974; BORDER et al. 1974;DRUTZ et al. 1974; HOMAN-MULLER et al. 1975; JACOBS et al. 1973; LAWRENCE et al.1971; MANDELL 1974, MANDELL et al. 1969, McRIPLEY et al. 1967 a, b; ODEBERG et al.1975; OLSSON et al. 1972; PINCUS et al. 1971; SIMMONS et al. 1973; SIMON et al. 1971;SOLBERG et al. 1973; SOUILLET et al. 1974; STRAUSS et al. 1971; TERITO et al. 1974;

VILDE 1974; WELSH et al. 1971). Wahrend der Phagozytose kommt es in den Leuko­cyten der untersuchten Sauger zu einer deutlichen Stoffwechselanderung: erhohteGlykolyse, gesteigerter 02-Verbrauch und gesteigerte H 20 2- Produktion. Zugleich er-

1) Fur gute technische Hilfe danke ich herzlich Frl. I. HOFSCHULZ und Herrn Dr. B. GUNTHER.

262

A

B

B . MESS NER

A

Abb.1. NAD H ·Ox idase-A kti v ititt in den Blu tzellen unbeh andelter I m agines vo n Nuuphoita cinerea(Sch abel [A - und B-Zellen] [ x 400].

hoh t sich di e Syntheserate fu r Glukoseoxidase, P ero xidase und fur die NADH- bzw.NADPH-Oxidase.

Der Vorgang der Phagozytose ist eine bei fast all en Tieren vorkommende Erschei­nung, die einerseit s eine nutritive und andererseits eine prot ektive Funktion zu erfiil­len hat . Es ist daher nicht unwahrscheinlich, daB auch bei anderen Tiergruppen wah­re nd der Phagozytose die gleichen oder ahnliohen Stoffwechselprozesse ablaufen, wieman sie fur die Leukozyten der Sanger nachweisen konnte.

ANDERSON et al. (1973) und ANDERSON (1974) untersuchten als erste den Stoffwech­sel von Insektenblutzellen wahrend der Phagozyt ose, und sie fanden bei BIabera eineErhohung des 02-Verbrauchs, der Glukose-Oxidation und der Glykolyse. Es gela ngihnen jedo ch ni eht, di e zur Bildung von H 202 notwendige NADH- oder NADPH-Oxi­dase nachzuweisen.

Die vorliegende Arbeit bringt den histo chemischen Na chweis einer NADH - bz w,NA DP H -Oxidase -Aktiv itiit in Insektenblutzellen , die sich durch Phagozytose deut­lich steigern liiBt.

NAD H - bzw . NAD P H-Oxidase-Aktivitat 263

Abb. 2. NADH-Oxidase-Aktivitat in den Blut zell en immunisier ter I m agines vo n Nauphoeta cinerea(Sch a be) m it dentlichen Farbgran u la (->-) . [ x 800].

2. Material und Methode

Ais Test t.iere di en ten Imag in es von Acheta domesticus (H ei m ch en), und Nauphoaa cinerea (Sch abe)

und d ie La rven v on Galleria mellone lla (gr . Wa chsmotte ) a us den Zuch ten d el' Se k tion Biologic inGr eifswa ld.

Den T ieren wurde 1 h VOl' del' Blut en t na h rne je 0,0 25 m l einer Tusch e -Suspen sion (1: 200 ) in das

Hamocol in jizier t .

Die K ontrolltiere blieb en unbehandelt,

D el' Nachweis del' NADH-Oxida se -Aktivit iit wu rde mit H ilfe von N it rotet raz oliumbl au (N BT)

ge fiih rt (SPANNHOF 1967).

Das zu untersuehende B lu t lieLl man unfixi ert direk t in das Inkuba t ionsmedium a uf d en Objekt ­

trager tropfen,

3. Ergebnisse

3.1. Nawphoita cinerea

In den unbehandelten B lutproben lassen sich 2 Blutzelltypen mit NADH -Oxidasc­Aktivit iit deutlich unt erscheiden:

264 B. MESSNER

A bb . 3. NADH-Oxidase-Akti v it a t in den Blutzellen unbehandel te r Imagines von Acheta domll8ticUB(Heimohen). [ x 500].

a) einige groBe Zellen mit groBem, gut ab gegrenztem Pl asmasaum (Abb. 1, A­Zellen).

b) zahlreiche kleinere Zellen mit groBem Kern und schma lem nicht sehr deutlichabgrcnzbarem Plasmasaum (Abb. 1, B-ZelIen).

In den mit Tusche behandelten Blutproben ist der Anteil der B-Zellen groBer ge­worden . Im Plasma dieser Zellen erscheinen jetzt randstandig Vakuolen und deut­licher gefarbt e Granula (Abb. 2).

3.2. A cheta domesticus

Die unbehandelten Biutproben.zeigen positi v gefiirb te H iimozyten mit groBem K ernund einem schmalen , glat te n Plasmasaum, Nur weni ge ZelIen mit breiterem Plasma­saum besitzen eine NADH-Oxidase-Akti vitiit (Abb. 3).

NADH- bzw, NADPH-Oxidase-Aktivitat 265

Abb. 4. NADH-Oxiclase-Aktivitat in den Blutzellen immunisierter Imagines von Acheta domesticu»(Heimchen) mit cleutlich randstandiger Vakuolisierung (--+). [x 500].

In den behandelten Bluiproben ist del' Anteil del' gefiirbten Blutzellen nicht nurgrofser, sondern auch die schmalen Plasmasiiume diesel' Zellen sind deutlich vakuoli­siert (Abb. 4).

3.3. Galleria mellonella

In den unbehandelten Kontrollpriiparaten sind vereinzelte, groBvakuolisierte De­generationszellen (MOHRIG u. a. 1970) mit blaugefiirbten Granula im sparsamen peri­pheren Plasma oder um den Kern herum versehen.

Nur ganz wenige Plasmatocyten zeigen im Zellplasma eine positive Farbreaktion.Die Blutproben behandelter Gallerialarven zeigen gegeniiber del' Kontrolle deutliche

Veriinderungen:Die Degenerationszellen sind verschwunden, und dafur sind zahlreiche, kleine Pro­

hamozyten im Plasma granular gefarbt, Diese Prohamozyten oder jungen Plasmato­cyten sind groBtenteils randstandig vakuolisiert (Abb. 5).

266 B . MESSNER

Abb. 5. NADH -Oxidase-Aktivitat in den Prohamozyten immunisierter Larven vo n Galleria mel­onella (gr . Wach smotte) [ x 500] .

4. Diskussion

D urch den h ist ochem ischen Na chw eis eine r NAD H- oder NADPH-Oxidase-Aktivitat in bestimm­t en Bl utzellen del' d rei untersu ch ten hemi- und h olom et a bolen Tnsektena r ten kann wahrscheinl ichgemach t werden, daO bei dieser Ti ergruppe eine Ba kt eriz id ie auf der gleich en bioch emischen Grund­lage zu stande komm t , wie s ie KLEBANOFF (1967b) und viele andere Autoren flir d ie Leukozy ten des

Menschen und der Sanger besehrieb .Auf Grund de r n ega t iven Befunde von ANDERSON be i B labera (1974) und der zunaehst ger ingen

Anz ahl del' h ier unt ersu ch ten Insektenarten la Ot s ich no eh n ich t s E ndgiiltiges tib er d ie Verbreitung

und Dynamik del' NADH-Ox ida so bei I ns ek t en sagen , abel' es ist ein Beleg fur das Vorhan den sein

einer steigerungsfiih igen B akteri zid io bei Tnsekten , deren bi och em isch e Grundlagen bisher n och ni chtin a llen T ei lschrit t en belegt war. E s muI3 spateren Arbei t en del' B owel s uber lassen bleiben, wieweit

ein Zusammenhang besteht zwischen de l' in tra zellularen Bakt eri zidi e in de n Blutzellen del' I n sekten

(ANDERSON u . a. 1973) und del' zollfreien H am olympho (AVRACH u . a . 1936, BAKULA 1970, 1971 ,

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Anschrift des Verfassers: Dr. sc. B. MESSNER, FG Allgemeine und Tierphysiologie, Sektion Bio­

logie der EMA-Universitiit, DDR - 22 Greifswald, J.-S.-Bach-StraJ3e 1l/12.