142 Kurze OriginMmitteilungen Naturwissenscha[ten

Fine Structure of Frozen-Etched Tight Junctions

L. A. STAEHELIN, T. M. ~IUKHa~RJEE and A. WYNN WILLIAMS

Biophysics Section, Physics and Engineering Laboratory, Depar tmen t of Scientific and Indust r ia l Research, Lower Hur t , New Zealand and

Electron Microscope Laboratory, Pathology Depar tment , Universi ty of Otago, Medical School, Dunedin, New Zealand

Tight junctions or zonulae occludestes have been demonst ra ted in numerous epithelial tissues [t, 2]. They form the outer- mos t component of the junct ional complex between adjacent epitheliM cells and seem to be continuous around each cell. In sections of chemically fixed cells, the t ight junctions appear as regions where the intercelIular space disappears owing to the fusion of the p lasma membranes of adjoining cells. The fusion appears as merging of the outer leaflets of the apposed uni t membranes into a single leaflet equivalent in thickness to one of the contr ibut ion layers [t ].

[3] MOOR, H., and K. MI)KLETKALER: ibid. 17, 609 (t963). - - [4] MOOR, H., et al.: Z. Zellforsch. 62, 58t (I964). - - [5] SABATINI, D. S., et al.: J. CelI Biol. 17, 19 ( 1 9 6 3 ) . - [6] STAEHELIN, L. A., et al.: Protoplasma (in press).

Induct ion of Tumors in ICR Mice with N-Ni trosopiper id ine , Especia l ly in Fores tomach SHOZ0 TAKAYAMA

Depar tmen t of Exper imenta l Pathology, Cancer Ins t i tu te , 2-Chome Nishisugamo, Toshima-ku, Tokyo, J apan

N-Nitrosopiperidine is a po ten t carcinogen in rats, producing carcinomas of the liver, esophagus and nasal cavi ty [1, 3, 4] and lung t umor s in hamste rs [2]. No exper iments have been reported on mice. We conducted oral adminis t ra t ion of diet containing 50 p p m N-nitrosopiperidine to ICR male mice over a period of 12 months and induced tumors in the forestomach, esophagus, liver and lung as reported below. N-nitrosopiperidine (East- man Organic Chemicals, Rochester, N: Y.) was dissolved in

Fig. t . Frozen-etched mouse intestinal epithelium. Surface view of a tight junets that has been split along the central fused plane. At the base of the microvillous border (M) the tight junction (T) appears as a bandlike structure consisting of a meshwork of fibrils or ridges attached to the outer surface of the particle covered plasma membrane (Pl), Lumen (L). The encircled arrow indicates the shadowing direction. 40000 •

Various a t t empts to elucidate fur ther details of the t ight junct ion in sectioned materiaI have proved unsuccessful. Application of the freeze-etch technique [3] however, resulted in the demonst ra t ion of new s t ructural elements which are briefly described in this communicat ion. Specimens of epithelial t issues of the small and large intestine of NZCW mice were prepared according to M o o r et al. [4] and the "freeze-etching" was performed on a freeze-etch appara tus produced by Balzers. The special feature of frozen-etched t ight junct ions can be most clearly demonst ra ted in areas where the fracture plane has developed along the intercellular space and has apparent ly split the t ight junct ion to reveal i t 's internal s t ructures in surface view (Fig. 1). The t ight junct ion is then clearly seen at the base of the microvillous border (M) as a band 0.2--0.3 [A in width made up of fibrils or thin ridges arranged in an irre- gular mesh. The interlinked fibrils or ridges, 6 5 ~ - 1 0 A in width, are closely applied to the underlying plasma mem- brane (PI) and form a continuous belt-like s t ruc ture around each cell. We have observed tha t after fixation with glutaral- dehyde the elements making up the mesh are less frequently broken or torn away from the underlying membrane by the fracturing process, thus indicating t ha t they may contain proteins which are cross-linked by glutaraldehyde [5]. A more detailed analysis of the s t ruc ture and funct ion of these t ight junct ion elements is in preparat ion [6].

Received November 12, 1968

[t ] FAaQUHAR, M. G., and G. E. PALADE : J. Cell Biol. 17, 375 (t 963). - - [2] FARQU~IAR, M. G., and G. E. PALADE: ibid. 26, 263 (1965). - -

Fig. 1. Gross appearance of forestomaeh tumor in Group t. A view of the internal surface of the stomach. The mouse was sacrificed 370 experimentaI days

warm peanu t oil and added to the basal diet, adjust ing the carcinogen content in the diet to 50 ppm. Two experimental groups were fed as follows: Group t (33 males) received 5 0 p p m N-nitrosopiperidine diet for 1 2 m o n t h s ; G r o u p 2 (30 males) were given basal diet onIy for t5 months . The following results were obtained. In Group 1, 24 mice survived for more than 12 months . Squamous cell carcinoma of the forestomach (Fig. 1) was found in 18 out of 24. Lung meta- stasis was seen in 3. Papil lomas of the esophagus was demon- s t ra ted in 2. Liver tumors were found in t t out of 24. Of the liver t umors 2 cases revealed hepatocellular carcinoma histologically, 3 cases showed hemangioendothel ioma, and 6 showed liver adenoma. Lung adenoma was found in t0 of 24. In Control-Group 2, 28 survived for 1 5 m o n t h s ; in these animals there were 2 wi th lung adenoma, and I w i t h lymphocyt ic leukemia wi th splenomegalia. In view of the above experiments, it was noted t h a t N- nitrosopiperidine induced not only tumors of the nose, eso- phagus and liver in rats and lung tumors in hamsters , bu t also carcinoma of the forestomach, liver and lung tumors by oral adminis t ra t ion in mice.

Received December 11 and 30, t968

[1] BOYLAND, E., et al.: Brit. J. Cancer 18, 265 ( t 9 6 4 ) . - [2] DON- TENWlLL, W., and U. MOHR: Z. Krebsforsch. 6s, 166 (1962). - - [3] DRIJCKREX% H., et aI.: Naturwissenschaften 48, 134 (1961). - - [4] DRUCKa~Y, H., et al.: Z. Krebsforsch. 66, t38 (t964).

R~uber und ihre Beute: Der Anpassungswert von Dornen bei Rfidertieren UDO HALBACH Zoologisches Ins t i tu t der Universit~it Miinchen

Ein yon dem r~uberischen Rota tor Asplanchna sieboldi (As) ins lV[edium abgegebener Stoff 16st bet den Nachkommen des ebenfalls planktischen Brachionus calyciflorus (Ca) die Bil- dung yon einem Paar posterolateraler Dornen betrXchtlicher Lgnge aus [t, 2]. Laborversuche haben gezeigt, dab dem R~uber das Verschlingen junger bedornter Ca erheblich er- schwert, adulter sogar unm/Sglich ist [2]. Bisher vorliegende

56. Jg., Heir 3, 1969 Kurze Or ig ina lmi t t e i lungen t43

Fre i l andda ten , die das V o r k o m m e n dieses M e c h a n i s m u s u n t e r na t f i r l iehen B e d i n g u n g e n belegen sollen [2], s ind n ich t ein- deut ig. Regelm&Bige P l a n k t o n u n t e r s u c h u n g e n an 7 Teichen lassen folgende Schliisse zu : t . ] )as A u f t r e t e n der l angen Dornen ist s t r eng m i t d e m V o r k o m m e n u n d der I-tgufigkeit der As korre- l iert (Fig. t). 2. Brac~ionus rubens (Rn) u n d / 7 , urceolaris (Ur), die beide keine D o r n e n b i lden k6nnen , werden be im Auf- t r e t en des ~&ubers s t a rk dez imier t ; bei Mangel all A l t e rna t iv - B e u t e a r t e n werden ihre P o p u l a t i o n e n sogar vor f lbergehend ganz ausge lSsch t (Fig. t a). Mit Hilfe ihrer Dauere ier k 6 n n e n sic sich in demse lben Biotop zu e inem sp&teren Z e i t p u n k t wieder entwickeln . 3. Ca k a n n au f G r u n d seiner Dornen - b i ldung m i t As lange Zeit koexis t ie ren (Fig. 1 a). 4. W e n n R u oder Ur mi t Ca bet Abwesenhe i t des R~iubers konkurr ie ren , so erweis t s ich Ca fas t s t e t s s is un te r l egen u n d wird in sehr vielen F~illen g~inzlich verdr&ngt (Fig. I b).

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Fig. l a u . b . Verlauf der Populationen in 2 Teiehen. Abszisse: Monate. Ordinate: N Populationsdichte (Tiere/Liter), D Dornen- I~inge/Lorical~nge

Diese F re i l andbe funde s t ehen in gu te r L rbe re ins t immung mi t E rgebn i s sen aus L a b o r u n t e r s u c h u n g e n : t . I n Frel3- und F u t - t e r w a h l v e r s u e h e n ver t i lgen die R~iuber R u u n d Ca ohne Dornen in groBer Menge, Ca m i t kurzen sowie j unge Ca mi t l angen D o r n e n in ger inger Anzah l u n d adu l t e Ca m i t l angen Dornen i i be rhaup t n icht . 2. U n t e r s u e h u n g e n der Popu la t ions - d y n a m i k in Mi schku l t u r en e rgaben : a) IRu (oder U r ) + Ca: Ca ist in der iKonkurrenz s te t s nn te r l egen u n d s t i rb t aus. b) Ru + As: N a c h d e m R u aufgef ressen ist, s t i rb t s u c h As ans. Solche S y s i e m e exis t ieren h 6 c h s t e n s wenige Tage. c) Ca + As : W e n n n ieh t yon vornhe re in zu viele As anwesend sind, gel ingt es den Ca, N a c h k o m m e n mi t Dornen zu er- zeugen. Die Mischpopu la t ion k a n n sich mehre r e W o e h e n bet n iederer Dieh te ha l ten . SchlieBIich s t i rb t As aus, w~ihrend Ca ilberlebt, d ) R u + C a + A s : R u s t i rb t als erste aus, d a n n (vim sp~iter) As ; Ca flberlebt. R ~ u b e r - B e u t e - S y s t e m e k 6 n n e n in ba lanc ie r te r F o r m n u t d a n n for tbes tehen , w e n n sie fiber eine gewisse Komplex i t&t verft~gen. Hierzu geh6ren z .B. iRefugien, aus denen sieh die B e u t e p o p u l a t i o n s te t s wieder r ek ru t i e ren kann . I n u n s e r e m Fall s ind die adu l t en Ca vor d e m Zngrif f der R&uber geschi i tz t ; h i e rdu rch is t die re la t ive Stabilit~it des iRiiuber-Beute- S y s t e m s erh6ht . Die du rch die A s - S u b s t a n z he rvorge ru fene D o r n e n b i l d u n g b e d e u t e t sowohl e inen Schu tz fflr die Beu te als auch einen Vortei l fiir die IR~uber.

Eingegangen am 23. Dezember t968

[ t ] BEAUCHA~IP, P. ~ : C. r. Acad. Sci. 234, 573 (1952); 235, 1355 (1952). - - [2] GILBERT, J. J. : Arch. HydrobioI. 64, I (1967).

Mikrophon- und Summationspotentiale des Vogelohres bet N~-Beatmung R. NECKER

Institut f0r Allgemeine Zoologie der Universit/it Bochum

Die Mikrophonpotentiale (CIV[) im Innenohr der Wirbeltiere enthalten einen stoffwechselabhiingigen Anteil, welcher bei 0e-Entzug in kurzer Zeit versehwindet und einen postmortal noch lfi.ngere Zeit nachweisbaren Anteil [I, 2]. Die Summa- t ionspoten t ia le (SP) zeigen bet den S/iugetieren ebenfalls eine

ausgepr / ig te Empf ind l i chke i t fa r O2-Mangel [3]. I n Un te r - s u c h u n g e n a m I n n e n o h r yon V6geln, dessen e infacherer Ban besser i ibersehbare Verhgl tn isse e rwar ten l&Bt, wurde der EinfluB yon kurzzei t iger N ~ - B e a t m u n g au i die g e n a n n t e n Po ten t i a le wet ter verfolgt .

Die PotentJale werden bet T a u b e n u n d S ta ten aus der Scala t y m p a n i abgele i te t ; dabei wird das Versnchs t i e r k ihls t l ich b e a t m e t [4]. Als Schallreiz d ienen Rech t eck impu l s e von 10 msec Dauer , die eine ge t r enn te Reg i s t r i e rung der C1V[ bet Einwiir ts- u n d Auswi i r t sbewegnng des Trommelfe l l s ge- s t a t t e n [5]; die auf Einw&rtsbewegung e n t s t e h e n d e erste I-IaIbwelle wird C M - - , die au f Answ&rtsbewegnng ent - s t ehende CM + g e n a n n t (s. Fig. 1, Einsatzbi lder) . SP werden d u t c h TonstSBe (hier 3000 t-Iz) gleicher D a u e r u n d m i t 50 msec A b s t a n d v o m Rech t eck impu l s erzeugt.

Fig. I zeigt den Einflul3 einer 40 sec d a u e r n d e n N ~ - B e a t m u n g (Anoxie) au f die CM und SP eines Sta ten . Die CI~{-- s inken 20 sec nach Beg inn des O~-Entzugs rasch auf Nul l ab u n d s te igen nach Wiede rbeg inn der no rma len L u f t z u f u h r ebenso rasch wieder an. Die CM + zeigen in ve r sch iedenen Versuchen eine gr6Bere Variabili t / i t . Eine anf/ ingliche geringe Vermin-

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V e r s u c h s d a u e r

Fig. I. Der Einflug kurzzeitiger N~-Beahnung (Anoxie) auf die Mikro- phon-(CM + , CM--) und Summationspotentiale eines Staren. - - Einsatzbilder: Registrierbeispiele vor und auf dem Hghepunkt der Anoxie (A P Aktionspotential)

de rung bet Beg inn der N 2 - B e a t m u n g , wie in Fig. I s ichtbar , t r i t t hguf ig auf, doch wird auch ein Ans t ieg t~ber den Aus- gangswer t noch w~hrend der O2-Absperrung beobachte t . Die E r h 6 h u n g der ClVl + is t n ich t m i t dem Wiede rans t i eg der CM-- korreliert . I m ganzen gesehen s c h w a n k t CM + n u r geringfOgig u m den Ausgangswer t . Die SP, die bet V6geln gleiches Vorzeichen wie ClVi + h a b e n u n d dieses hie / indern, ve rha l t en sich grundsXtzl ich fihnlich den C M + ; die aus- gepr~igteren S c h w a n k u n g e n in Fig. t s ind eine Folge der P r o z e n t b e r e c h n u n g (abhXngig v o m rela t iv n iedr igen Aus- gangswert ) . U n t e r s u c h u n g e n Ober die ~ n d e r u n g des elek- t r i schen W i d e r s t a n d e s in der S&ugercochlea bet Anoxie [63 Iegen die V e r m u t u n g nahe , dab die Ver&nderungen yon C M + a n d SP auf die Widers tandsverhXl tn i s se zurfick- zuff lhren sind.

D u r c h die Aufg l i ederung der CM in e inen pos i t iven und e inen nega t i ven Ante i l m i t un te r sch ied l i ehem Verha l t en bet Os- Mangel, k a n n der unempf ind l i che Ante i l der CM mi t C M + identif izier t werden. Die O2-Empfindl ichkei t der CM-- l~Bt v e r m u t e n , dab diese yon e inem ak t iven Membranprozel3 ab- hiingen, der in den Eaarze l l en lokal is ier t wird [5]. Die CM + dOff t en dagegen in der K o n t a k t z o n e Haarzellforts&tze- M e m b r a n a tec tor ia au f mechanoe l ek t r i s chem Wege en t s t ehen . Das &hnliche Verha l t en der SP nnd der CA{ + legt eine ent- sp rechende E n t s t e h u n g s w e i s e nahe. Die SP der V6gel zeigen sich gegen O2-Mangel widers tandsf&higer als die der S~iuge- tiere, welche z u m Verschwinden oder sogar z n m V~rechsel der Polari tXt geb rach t werden [3 ] . Dies ist m6gl icherweise auf die kompl iz ier teren a n a t o m i s c h e n Verh~iltnisse bet den S~iuge- t ieren zur0ckzuff lhren .