Über die Differenzierung des Neuralrohres, besonders des Stratum zonale

Zeitschrift ffir Zcllforschung 86, 401--421 (1968)

(Jber die Differenzierung des Neuralrohres, besonders des Stratum zonale*

E l e k t r o n e n m i k r o s k o p i s c h e U n t e r s u c h u n g e n a m H i i h n c h e n

HARRY BERGQUIST

Anatomische Institute der Universit~it Gothenburg (Pr~fekt: Prof. Dr. Bo E. I~EL~ARr:), Hamburg (Direktor: Prof. Dr. Dr. E. HORSTMA~S), Oslo (Direktor: Prof. Dr. JAy JANSZ~

bzw. Prof. Dr. FRED WALBERG) und Zoologisches Institut Gothenburg (Direktor: Prof. Dr. ANDERS ENEMAR)

Eingegangen am 7. August 1967

Summary. 1. In chicken spinal cord, the stratum zonale appears after 50 hrs incubation. I t is formed by processes from the basal parts of the neuro-epithelial matrix cells. These processes grow in length, give off branches and become bent.

2. Cell death and mitochondrial necrosis indicate that the intensive metabolism in the embryonic cells enforces considerable transformations in these elements.

3. The formation of the basal membrane and of lamellar and multivesicular inclusions in the embryonic cells are discussed.

Zusammen/assung. 1. Das Stratum zonale des Neuralrohrs (Hiihnchen) entstcht ungefiihr nach 50stfindiger Bebrfitung durch Kriimmungen und Bildung von Forts~tzen der basalen Teile der neuroepithelialen Matrixzellen.

2. Zelltod und Mitochondriennekrose deuten darauf hin, dal3 der intensive Stoffwechsel starke Umwandlungen der embryonalen Zellen erzwingt.

3. Die Entwicklung der Basalmembran und das Auftreten lamell~rer und multivesikul/irer Einschlfisse in den Embryonalzellen werden diskutiert.

Die U m w a n d l u n g des epi the l ia len Neura l rohres in das spezifische Gewebe des Zen t ra lne rvensys tems beginnt in der f r f ihembryonalen En twick lung mi t der Bi ldung einer kernffe ien Zone im Bereich des basalen Neuralepi thels . Dieser Schicht s ind viele N a m e n gegeben worden: So nann te sie z .B. H i s (1883) , ,Rand- schleier" . Spi~ter wurde sie gew6hnlich als , , S t r a tum zonale" , , ,Randzone" oder , ,marginal l aye r " bezeichnet (WILLIER, WEISS und HAMBVRG]SR, 1955; HORST- MAN~, 1957 ; BRACHET und MIRSKr, zit. nach HYDEN, 1960 ; HAAN und URSPRUNO, zit . nach KXLL]~N, 1966). I n zahlre iehen Arbe i ten is t die Differenzierung des neuroepi the l ia len Matr ix lagers in verschiedenen Phasen und Bezirken der sich entwickelnden Zen t ra lne rvensys tems auch e lek t ronenmikroskopiseh verfolgt worden (z.B. SOTELO und TRUJILLo-CENSZ, 1958; WOOl)SIDE und DALTON, 1958; HOLL- MANN, 1959; BLECHSCHMIDT, 1960; KARRER, 1960; FLEISCHHAUER, 1961; NovI- ):oF~, 1961; PORTER, 1961; D~ ROBERTIS und GERSCHENFELD, 1961; TEN~s und PAPPAS, 1962 ; TENNYSON, 1962 ; BLACKSTAD, 1963 ; WECHSL~R und MELLER, 1963; VASQUEZ-NIN und SOTELO, 1966). Dabe i geht es den Au to ren besonders auch u m die m6gl ichst frfihe Erfassung der Differenzierung in Neurob las ten und Glioblasten.

* Mit Unterstfitzung durch Statens naturvetenskapliga Forskningsrs und Bofors Nobel- krut, L~kemedelsforskningen, MSlndal. - - Ffir technische Assistenz danke ich Frl. R. MIE- THI~O, Frau R. I~CHT~R und Frl. E. ROOSEN-RU~TGE, Hamburg, Frau B. VAALAND, Oslo, und Frau U. WE~ERBERO, G6teborg. Die Zeichnungen verfertigte Herr H. HESS, Hamburg.

402 H. BERGQUIST :

SCI-IULTZ, BERKOWITZ und P]~AS]~ (1966) fanden bei Larven yon Petromyzon marinus lateral im Rfickenmark selten sehr primitive Glioblasten, deren Fort- s~tze ventrikelw~rts zwisehen den Nervenfasergruppen ]iegen. Sie enthalten wenige Mitochondrien und granuls endoplasmatisches Retikulum. In der sp~teren Entwicklungsphase differenzieren sich die Glioblasten nicht in Astro- eyten etc. ; die Gliazellen des erwachsenen Petromyzon entsprechen den primitiven Zellformen. Ganz peripher im Rfickenmark bilden sieh nach der Meinung der Verfasser die glialen Elemente der Membrana limitans externa. DU~CA~ (1957) hat elektronenmikroskopische Studien u.a. fiber die Basalmembran bei Kfiken- embryonen vorgelegt. B]~LLAmS (1959) untersuchte eingehend die Ultrastruktur des Neuralepithels und Neuralrohres bei Hfihnerkeimen vom Primitivstreifen bis zu 13 Tage alten Embryonen. Die Autorin interessierten besonders die grol~en Granula, die Basalmembran (s. auch RAMSAY, 1965), die Ribosomen und das Auswachsen der Axone.

S A u ~ s (1935) Nachweis yon ,,up- and down"-Verschiebungen der Zellkerne des Neuroepithels wurde yon mehreren Forschern bestiitigt. So haben SIDMAN, MIALE und F]~D~ (1959) autoradiographisch sehr genau das Entstehen des ,,pseudostratifizierten" Neuralepithels analysiert. KLIKA und JELIN~X (1963) haben die Innenfl~che des Neuralrohrlumens zerstSrt. Danach haben die ,,up- und down"-Wanderungen der Zellkerne des Neuralepithels aufgeh6rt; die Mitosen entstehen dann im Inneren des Neuralrohres (s. auch MELLER und WECHLSE~, 1964; HAG~R und BLI~ZlNG]~R, 1965).

Erst im Stadium H H 30 nach 5 Tagen soll bei Hfihnerkeimen, wie Ft.~IJITA und FUIJITA (1963) an den yon ihnen bearbeiteten Teilen des Telencephalons und an den Lobi optici beobachtet, ein Stra tum zonale auftreten. AnschlieBend sollen auch in der peripheren Zone des Neuralrohres deutlichere intrazellul~re Differen- zierungen erscheinen. I~3DI~BWRG (in Vorbereitung) hat am Neuralrohr von Kfiken im H H 20-Stadium histoehemisch saure Phosphatase nachgewiesen und eine intensiv positive Aul]enzone beobachtet.

In der vorliegenden Arbeit sollen an frfihen Embryonalstadien des tIuhnes (bis H H 35) folgende Themen bearbeitet werden:

1. Die Entwicklung des St ra tum zonale und der ~,uBeren Abgrenzung des Nem'alrohres.

2. Die cytologische Differenzierung der neuroepithelialen Matrixzellen, insbesondere die Differenzierung der Organellen und besonderer Einschlfisse.

Material und Methoden Von ca. 200 KiikenemblTonen in den Stadien HH 11 (HAt~IBURGER und HAMILTON,

19511) bis HH 35 - - diese Stadien entsprechen einer Bebriitung von 40 Std bis 9 Tagen - - wurden Stficke tells aus dem Boden, teils von der Grundplatte des sp~teren Myelencephalon- gebietes untersucht. Die untersuchten Gebiete sind in Abb. 1 a, 2 a und 9 a schraffiert angegeben.

Im Lichtmikroskop ist das Stratum zonale erst yon HH 18 an deutlich zu erkennem Zum Vergleich wurden Cajat-Pr~parate verschiedener Stadien studiert.

Fixation: 3 % Glutaraldehyd, mit Veronalacetat gepuffert, wurde auf das lebende Objekt getropft. Nach 2sttindiger Fixation ?3berfiihrung in kaltes 1% iges OsO 4 (11/2 Std). Einbettung in Epon (nur wenige Objekte in Vestopal W und Methacrylat). Die Schnitte wurden mit dem

1 VgL auch das biometrisehe Bestimmungssystem junger H/ihnerembryonen von ELIAS und SANDOR (1965).

Differenzierung des Neuralrohres 403

LKB-Ultrotome hergestellt und meistens sowohl mit Uranylacetat als auch mit Blei (KAR- NOVSKY, 1961, Methode B und REYNOLDS, 1963) kontrastiert. Elektronenmikroskope: Siemens I, Zeiss EM 9 und Akashi. Fiir die orientierende Untersuchung wurden 0,5--1 dicke Schnitte hergestellt und mit 1% Azur I I (in Aqua dest. gel6st) und 1% Methylenblau (in 1%iger Boraxl6sung) gefiirbt (RICHARDSON, JARE~r und FINKE, 1960).

Befunde

Friihstadien. Schon im Neura l r i nnens t ad ium - - nach 24 S td-Bebr f i tung - - is t ein wohl ausgebi ldetes Neura lep i the l yon Matr ixzel len vorhanden . I m 40 Std- S t a d i u m (Abb. 1 a und b; s. auch WECHSLER, 1966b) l iegen die neuroepi the l ia len

•

r

Abb. 1. a Schema des Neuralrohres und der Chorda (Gallus) nach 40 Std Bebrfitung. Die untersuchten Gebiete sind schraffiert. • Lage der in b abgebildeten Matrixzelle. h Neuro- epitheliale Matrixzelle. 1 Apikale Zellausbuch- tung (Mikrovillusanlage), 2 Centriol, 3 Kitt- leiste, 4 gER, 5 aER, 6 Golgiapparat, 7 Mito- chondrium, 8 Sekretgranula, 9 lamell~re Ein- schlfisse, 10 Bl~schenaggregation, 11 Zellkern, 12 Ribosomen und Polyribosomen 13, Va- kuole, 14 Lipidtropfen, 15 Interdigitationen, 16 interzellul~rer Raum, 17 Basalmembran

404 H. BERGQUIST :

Abb. 2. a Neuralrohr mit obliteriertem Lumen und beginnender Abgrenzung des Stratum zonale. Gallus nach 54 Std Be- briitung. Schraffur wie in Abb. l a. b Matrixzelle. 1 Kinocilien und Mikrovilli, 2 Kit t leisten, 3 Sekretgranula, 4 Golgi- apparat, 5 Bliischenaggregationen, 6 Zel]- b kern, 7 Mitochondrium, 8 Ribosomen und Polyribosomen, 9 Vakuole mit lamell~ren Einschliissen, 10 Mikrotubuli, 11 gER, 12 abgeschnittener Fortsatz, 13 Mitochondrium mit Inklusion, 14 Basalmembran. c Ausschnitt aus dem Stratum zonale. Forts~tze 1 mit

Filamenten und 2 mit Tubuli, 3 Cytoplasma mit Organellen


Zellen dicht zusammen und durehsetzen das Neuralrohr vom inneren Lumen bis zum ~uBeren Rand. Ihre sehlanke Form ist in HShe des Zellkernes etwas verbreitert. Der Zellkern liegt in verschiedenen HShen des ZellkSrpers (pseudo- stratifiiertes Epithel) und wird yon einem sehmalen Cytoplasmasaum umhfillt, in dem oft ein langgestrecktes Mitochondrium gefunden wird.

Das Neuralrohr ist von einer zusammenh~ngenden Basalmembran umhfillt. Apikal erheben sieh plumpe Forts~tze, Anlagen der Mikrovilli. Das Cytoplasma zeigt dort nicht selten Zentriolen, Vorl~ufer sp~terer Cilien. Supranukle~r liegen viele Mitochondrien, Golgifelder und mit diesen offenbar zusammenh~ngende Sekretgranula. In der N~he der Lichtung sind die Zellen dutch Kittleisten mit-

Abb. 3. Abgestorbene Zelle nach 40 Std Bebriitung. Rechts daneben ein Fortsatz. Vergr. 5000fach (H) 1

einander verbunden. Im Bereich der Kittleisten sind die Zellgrenzen verzahnt. Im ganzen ZellkSrper sind wenige Vakuolen und Stficke von granuliertem (gER) und agranul~rem endoplasmatischen Retikulum (aER, SJSSTRAND, 1964), sowie Einschliisse in Vakuolen verteilt. Hie und da treten Aggregationen von Bl~s- chen auf.

W~hrend der Mittelteil der Zellen mitochondrienarm ist, liegen basal mehr Mitoehondrien. Die seitliehen Zellgrenzen sind im basalen Abschnitt stark mit- einander verzahnt. Die Matrixzellen enthalten grol3e Mengen yon Ribosomen und Polyribosomen, so da~ eine ziemlich gleichmii~ige Cytoplasmastruktur erscheint. Der intrazelluli~re Raum erweitert sich oft lakunenartig und 5ffnet sieh gegen die Basalmembran und das Ventrikellumen.

Naeh 54stfindiger Bebrfitung (Abb. 2a und b) beginnt die Entwicklung eines Randschleiers (Stratum zonale). Diese ~u~ere Sehicht des Neuralrohres besteht aus dem gekriimmten Basalteil der Neuralepithelzellen und deren Forts~tzen. Die Zellen behalten apikal Kontakt mit dem Neuralrohrlumen, basal mit dem perineuralen Mesenehym. Eine Differenzierung in Neuro- und Glioblasten ist noch nicht sicher erkennbar. Die Desmosomen der Zellen sind starker gekrfimmt als

1 Die mit ,,H" bezeichneten Abbildungen sind am Anatomischen Institut Hamburg, die mit ,,0" am Anatomischen Institut Oslo aufgenommen.

27 Z. Zellforsch., Bd. 86

406 I{. BERaQVIST:

Abb. 4a--d. Basalmembranen. a und b nach 50 Std; c nach 55 Std; d nach 51/2 Tagen Bebrfitung. Vergr.: a 45000lath (H); b--c 30000fach

in den vorigen Entwicklungsstadien. Granuliertes (gER) und agranul~res endoplasmatisches Retikulum (aER) treten jetzt h~ufiger auf. Die Hohlr~ume des E R sind verzweigt und verbreitet. Die seitlichen Forts~tze des Basalteils der Zellen enthalten teilweise Mikrotubuli, teilweise Filamente. Tubuli und Filamente finde ich gewShnlich nicht im gleichen Fortsatz. Einschlfisse sind besonders an der Grenze zum extrazellul~ren Raum vorhanden.

Eigenartig ist das Auftreten yon nekrotischen Zellen (Abb. 3), deren Kern- membran teilweise zerrissen ist. Sie bestehen aus eflmr hellen homogenen Masse


mit s tark osmiophilem Material, die sowohl im Kernbereich als auch im Cyto- plasma liegt. Forts/~tze solcher Zellen findet man ebenfalls angeschnitten. Derartige Rfickbildungserscheinungen k6nnen nur in 40--50 Std bebrfiteten Stadien gefunden werden.

Diese Befunde entsprechen den lichtmikroskopischen Beobachtungen yon K;~LL~N (1955, S. auch Ubersicht bei K~LL]~N, 1965; FORSBERG und K;~LL~, 1967), nach denen Zelltod bei Kfiken und bei Kaninchen auftritt , wenn das Neuralrohr sich schlieBt. Naeh K)kLL~N endet eine erste Phase des Zelltodes bei Gallus nach etwa 50stfindiger Bebriitung. Der Zelltod konzentriert sich auf best immte Gebiete des Neuralrohres. In einer zweiten Phase sieht K ) I ~ N Zell- todbilder fiber das ganze Neuralrohr verteilt. Die Ursachen dieses normalen embryonalen Zelltodes und der zeitlichen und r/~umlichen Verteilung des Ph~no- mens sind unbekannt.

Abb. 5. Membrana limitans externa HIt 31. Fortsatz eines gliSsen Elementes, der aus einer inneren Schicht kommt. Die starke Osmiophilie ist durch Ribosomen und Glykogen bedingt.

Bei • ein Zellfortsatz mit Tubuli und Mitochondrium. Vergr. 20000fach (H)

,~uflere und innere Begrenzung de8 Neuralrohres Von Anfang an besteht eine Basalmembran als ein AuBenmantel des Neural-

rohres, eine dfinne, filzartige Schicht aus wenig osmiophilen Elementen (Abb. 4a und b). Zwischen der Membran und dem Plasmalemm liegt ein heller, schmaler und elektronenoptisch ziemlich leerer Raum. Auch nach auBen ist die Basal- membran nicht scharf begrenzt (Abb. 4d). Ihr Material setzt sich in zahlreiehen briickenartigen Verbindungen bis zum Plasmalemm fort (Abb. 4 a--c) . Die Basal- membran folgt den plumpen basalen VorwSlbungen der Zellen, die nach dem 4. Tag erscheinen (Abb. 4a - -d ) .

Es gelang bei den untersuehten Gallusembryonen (bis H H 35-k) nicht das Plasmalemm (Dicke 80--100 A) in eine ,,unit membrane" mit ihren 3 Schichten aufzulSsen, was bei /~lteren Embryonen bei gleieher Technik mSglich war. I m Basalteil der Matrixzelle findet man zahlreiche Mitochondrien und hie und da ziemlich groBe Sekretgranula. Fiir eine AusstoBung der Granula in Richtung auf die Basalmembran ist kein Anhalt zu finden.

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408 H. BERGQUIST :

Abb. 6. Apikale Interdigitation und Kittleisten 52 Std nach Bebriitung. L Liohtung des Neuralrohres; S Sekretgranula. Vergr. 30000fach (H)

Wie sp/iter berichtet, wird in H H 31 eine Matte von dunkelgef/~rbten Glio- blasten~163 beobachtet. Solehe Glioblasten-Elemente werden zusammen mit den basalen Teilen des Plasmalemm und die Basalmembran hier als Membrana limitans externa bezeiehnet (Abb. 5 und 11). WECHSLER (1965) spricht von einer Glia marginalis primitiva.

Gegen das Ventrikellumen begrenzen sich die Matrixzellen nur durch das Plasmalemm. Soweit ich die Entwieklung verfolgt habe, konnte ich keine sub- ependymale Gliaschicht finden. Wie von vielen Verfassern beschrieben, entstehen am Apikalrand sowohl Mikrovilli als auch Kinocilien, besonders zahlreich am ventralen Teil des Neuralrohrs. Schon frfih entstehen Kittleisten im apikalen Gebiet. Sie werden mehr und mehr unter gegenseitiger Verzahnungen gekriimmt und verl/~ngert. Ein sehr eigenartiges Bild zeigt Abb. 6 (ca. 51 Std altes Stadium) mit dem Absehnitt einer apikalen Interdigitation (PALAY und PALADE, 1955). Der interzellul/~re Spalt im Bereieh der apikalen Interdigitation ist sehmal. Die Inter- digitationen im basalen Tell der Zellen erscheinen friiher und sind bald durch


Abb. 7. Basale InterdigRationen im erweiterten interzellul~ren Raum nach 52 Std Bebriitung. Der interzellulEre Raum ist gegen die Basalmembran wieder verengt (~). Vergr. 15000fach (H)

breite interzellul~re Spalten ausgezeichnet. Infolgedessen geht der ursprfinglich enge Zusammenhalt der Zellen verloren und die Interdigitationen bilden Zell- forts~tze in die interzellul~ren Riiume. Interdigitationen sieht man sonst gewShn- lich basal, oft kombiniert mit einem sehr stark verbreiterten interzellul~ren Raum und nahe der Mfindung dieses Raumes an der Basalmembran (Abb. 7).

Die cytoplasmatische Di//erenzierung der neuroepithelialen Matrixzellen Von den Organellen treten die Mitochondrien am fffihesten hervor. In den

Matrixzellen des Neuralrohres beim Kfiken (Abb. 2b) konzentrieren sie sich polar. Wie Abb. 1 b zeigt, liegen in HShe des Kernes einige langgestreckte Mitochondrien. Oft sieht man massendichte KSrnchen yon ca. 50 A Durchmesser in den Mito- chondrien; sie sind als Calcium-Ionen-Aggregate oder Ansammlungen anderer zweiwertiger Ionen gedeutet worden (GRE]~AWALT und C~AFOLI, 1966). Diese Partikel liegen bevorzugt der Auflenwand der Mitochondrien an und kommen vor allem in frfihen Embryonen vor (Abb. 8).

Charakteristisch ffir das Cytoplasma des frfihembryonalen Neuroepithels sind die groBen Mengen der Ribosomen (POt~TE~., 1961). Sie treten in den fffihen

Abb. 8. Stratum zonale mit tangentialen Forts~tzen der Matrixzellen (1) und basaler Ansammlung yon Mitochondrien (2). Vergr. 9000fach (O)

H. BERGQUIST : Differenzierung des Neuralrohres 411

I 2 I 3

1 ~176176176176 2

Abb. 9. a Schema des Neuralrohres nach 62 Std Bebriitung (vgl. Abb. l a und 2a). I Anlage der weillen Substanz, 2 Ependymoblastenschicht, 3 Anlage der grauen Substanz. b Schema eines multipolaren Neuroblasten. 1 apikaler Zellfortsatz, 2 Zellkern mit Nucleolus, 3 basaler Fortsatz. c Ausschnitt aus dem Stratum zonale. 1 Mitochondrium in einem Axon, 2 Fortsatz mit Tubuliquerschnitten, 3 Glioblasten mit Ergastoplasma und Filamenten, 4 Fortsi~tze

eines Glioblasten ?

S tad ien vorwiegend einzeln oder als Po ly r ibosomen in Gruppen, Reihen, Rose t ten , Spira len oder Schrauben auf (Abb. l b und 2 b ; BERGQUIST und I{ORS~MANN, 1967; AI~DERSSON-CEDERGRElq und KARLSSON, 1967). E r s t in den sp/~teren S tad ien unseres Un te r suchungsmate r i a l s erscheinen v e r m e h r t Schl&uche und

412 H. BISRGQUtST: Differenzierung des Neuralrohres

I imitans ~ 6~ externa

Abb. 10. Ausschnitt aus dent Rand der Medulla oblongata, Anlage nach 9 Tagen Bebrfitung. 1 Astrocytobl~stenfortsatz, 2 Vakuole mit Einschlfissen, 3 Fortsatz mit Filamenten, 4 mit Tubuli, 5 Glioblastenfort~z, 6 Plasmalemm, 7 Basalmembran. 5, 6 und 7 bilden zusammen

die Membran~ timitans externa

Zisternen des endoplasmatischen Retikulums, die dann aueh mit Ribosomen besetzt sind. Wenn die Matrixzellen nach etwa 50 Std Bebriitung basaIe Fort- s~ze ausbilden, entsteht ein Flechtwerk dieser Ausl~ufer in der Peripherie des Neuralrohres (Abb. 8}. Soweit ich gesehen habe, gibt es in diesen Forts~tzen vorwiegend Tubuli. Nach einer weiteren Bebrtitung yon 10 Std treten auch apikat Forts~tze der Matrixzellen auf (Abb. 9). Die basalen Fortsgtze des Stadiums H H 2 8 + wachsen mehr und mehr radi~r (Abb. l l a und b und 13) aus, danach in axialer Richtung; sie sind in Abb. 10 u. 12 irn Querschnitt zu erkennen. In den friihesten Stadien (ca. 40 Std) sind Filaraente nut vereinzelt neben wenig g E R u n d a E R im Cytoplasma zu linden. Mit der Ausbfldung der basalen Fort- s~tze werden sie etwas h~ufiger, es treten haupts~chlich Tubuli auf. Ob die ein. zelnen Fortsgtze nur TubuIi oder nur Filamente enthalten, wie es manchmal den Anschein hat, ist nicht exak~ zu en~scheiden. Die in axialer Richtung ziehenden Forts~tze enthalten meistens Tubuli, vereinzett much Filamente. Es ist aber zu erwarten, dal~ man an diesen quergeschnittenen Fortsfitzen die Tubuli leichter

Abb. l l a u. b. Radi~re Fort~tze von ~Iatrixzellen nach 3 Tagen Bebrtimng. 1 Forts~tze mit Tubuli, 2 mit Filamenten. a Vergr. 30000fach (0); b Vergr. 20000fach (H)

Abb. l l a u. b (Legende s. S. 412)

414 H. BERGQUIST :

Abb. 12. Axiale Forts~tze im Stratum zonale, quergeschnitten, nach 5 Tagen Bebrfitung mit Tubuli (1) und Filamenten (2). Vergr. 30000fach (O)

erkennt als die Filamente. Sehr typiseh ffir Zellentwicklung vom 4. Tag an ist die starke Vermehrung des ER (s. aueh WECHSLER, 1966a und b).

Vom 6. Tag an treten die ersten sieheren Glioblasten auf. In H H 31 (7 Tage) sind sie in den Schnitten deutlich (Abb. 5). In Abb. 14 (HH 35 - - 81/2 Tage) sieht man einen charakteristischen Fortsatz eines Astrocytoblasten mit grol3en Mito- chondrien und sehr zahlreichen Ribosomen, die vorwiegend als Polyribosomen in Rosetten aultreten. Das ER ist wenig entfaltet. Die Glioblastenforts~tze enthalten auch GlykogenkSrnchen. Ihre Kerne liegen nicht im Stra tum zonale. Man kann abet den Forts~tzen bis in das lumennahe Zellkernlager folgen. Basal beteiligen sich gliSse Elemente an der Bfldung der Membrana limitans externa (Abb. 5).

Die Matrixzellen sind also jetzt zum Tell Glioblasten und zum Tell Neuro- blasten mit apikalen und basalen Forts~tzen. Auch noeh indifferente Matrix- zellen k6nnen vorkommen.

Die iiuBere Schicht des Neuralrohres, das Stra tum zonale, geht in diesen ~lteren Stadien in die Schicht der sp~teren weii3en Substanz fiber, w~hrend die


Abb. 13. Beginnende Ausbildung des Stratum zonale (1) (,,weiBe Substanz"),

2 Kerne der Matrixzellen (,,graue Substanz"), HH 31. Vergr. 3600fach (H)

Abb. 14. 1 Astrocytoblastenforts~tze HH 33. Vergr. 20000fach (H)

Anlage der ,,grauen Substanz" (mantle layer; KXLL]~N, 1966) ZU diesem Zeitpunkt haupts~chlich die Zellkerne der neuroepithelialen Zellen enth~lt (Abb. 13).

416 H. BERGQUIST:

Abb. 15a--d. Mitochondrien mit Einschlfissen. a EinschluB mitten im Mitochondrium (40 Std Bebrfitung). b Lamell~rer EinsehluB, der das Mitochondrium ausbeult (51 Std Bebrfitung). c Groi]er k6rniger EinschluB im Mitochondrium (50 Std Bebrfitung). d K6rnige Massen im

Mitochondrium (50 Std Bebriitung). Vergr. 30000fach (H)

Besondere Di//erenzierungen der Matrixzelle

In den Zellen des reifen Zentralnervensystems kommen, wie in anderen Zellen, Einschlfisse vor (PALAY und PALADIn, 1955). OKSCHE (1958) spricht yon ,,Ein- schlu•k6rpern", tIoLLMAN• (1959) yon ,,grains" oder ,,Guttle lettes", KARRER (1960) Yon ,,vacuolated inclusions", CAMrICHE (1960) nennt sie ,,inclusions lamellaires", HELA~DER (1962) ,,lamellar and granular cytosomes" und MUG- NAINI (1964) ,,filamentous inclusions". In der Literatur findet man elektronenmikroskopische Abbildungen, in denen diese Elemente zu sehen sind, aber nicht erw~hnt werden.

Bei meinem Material f~llt auf, da~ solche Einschlfisse besonders oft in den frfihen Embryonalstadien (bis ca. 3 Tage) beobachtet wcrden k6nnen, aber in sp~teren Stadien fehlen oder nur selten sind. Man kann drei Gruppen dieser Bildungen unterscheiden:

1. Einschlfisse im Zusammenhang mit Mitochondrien,

2. lamell~re und andere Bildungen in Vakuolen oder im interzelluliiren bzw. perineuralen Raum,

3. Blaschen-Aggregationen.

1. NOWKOFF (1961) spricht yon Mitochondrien-Vorstufen, die er als mito- chondriale Einschltisse beschreibt. Andere Verfasser konstatieren lediglieh, dab es Einschliisse in Mitochondrien gibt, ohne sie niiher zu analysieren. In Abb. 15a liegt mitten im Mitochondrium ein stark osmiophiler K6rper mit einigen konzentri-


Abb. 16 a--e. Lamell~re Bildungen und Bl~schenaggregationen. a und b Lamell~re Bildungen im interzellul~ren Raum (40 Std Bebriitung), c Bl~schenbildung im interzelluliiren Raum (~) (50 Std Bebrfitung). d Bl~schenaggregation im extrazellul~ren Raum (40 Std Bebrtitung).

e Bl~schenaggregation in der Lichtung des Neuralrohres (40 Std Bebriitung). a--c Vergr. 30000fach (H); d und e Vergr. 15000fach (H)

schen Streifen. In anderen sieht man nur einen oder mehrere stark osmiophile Ringe im Mitochondrium. H~ufig (Abb. 4b und 15b) liegt ein lamellierter Ein- schlu• in einer Beuge des Mitochondrium.

Die Mitochondrien kSnnen auch im ganzen veriindert sein (Abb. 15c). Teile der Cristae liegen mit grS~eren {ca. 300 400 A) (Abb. 15d), andere mit kleineren KSrnehen {ca. 50 A) zusammen. Sie enthalten auch etwas lipoides Material. Eine solehe ,,lipid like inclusion" ist z.B. yon MOO~ER und CHAPMA~ (1960) bei Grfin- algen gefunden worden. Derartige Mitoehondrien enthalten au~erdem einen mehr oder weniger groBen hellen Raum. NOVIKO~F meint, dab Mitochondrien mit Einschliissen eine frtihe Phase der Mitochondrienentwieklung repr~sentieren. WOODSlDE und DALTON (1958) stellen die ]?rage, ob die Inklusionen ein Zeichen des Zelltodes sind, HOLLMANN (1959) sprieht yon Hypertrophie.

Da die Mitoehondrien in den frtihembryonalen Zellen sehr aktiv sein miissen, um den eiweil~produzierenden Ribosomen die nStige Energie zu liefern, werden sie ersehSpft und mfissen ersetzt werden. Obwohl in diesen jungen Zellen vor allem nicht-oxydative Prozesse ablaufen, w/~re es denkbar, dai~ doch auch die oxydative Energiequelle der kompliziert gebauten Mitochondrien roll genutzt wird. Daffir spricht mindestens das relativ grol~e Volumen der Zellen und die geringe Zahl der Mitoehondrien. Jede Energiequelle muB yon der Embryonal- zelle ausgenutzt werden.

418 H. BERGQUIST:

Es scheint darum nicht ausgeschlossen, da$ die verbrauchten Mitochondrien chemisch umgewandelt und neu aufgebaut werden. I s t dies der Fall, so dfirften die Mitochondrien mit Einschlfissen, die oft Degenerationszeichen aufweisen, durch neue Mitochondrien ersetzt zu werden. Vielleieht beruht auch der Zelltod auf dem MilSverh~ltnis yon hoher ~u und Differenzierungsleistung und m6glicherweise anaerober und aerober Energiegewinnung.

2. Bildungen, die in Vakuolen oder im inter- oder extrazelluliiren Raum eingeschlossen sind und ein lamellhres Aussehen tragen, sind besonders in den frfihesten Stadien zu finden (Abb. 16a). Die 80--100 A dicken Membranen liegen in P~ickchen zu 6--7 Stfick zusammen (Abb. 16b). Sie kommen oft an den basalen Interdigitationen vor. NILSSON (1959) beschreibt vergleichbare ,,lamellary bodies" im Uterusepithel der Maus. In solchen Bildungen gibt es oft. massendichte KSrnchen und Bl~schen. Dann und wann sieht man ~hnliche einfache Bil- dungen yore Cytoplasma frfihembryonaler Zellen in den interzellul~ren Raum aus- sprieSen. Diese Form der Bildungen leitet zum Typ 3 fiber (Abb. 16c).

3. Die Bli~schenaggregationen liegen, soweit ich sehe, an der Zellmembran, oft mit dem Golgiapparat zusammen. Sie buchten die Oberfl~che der Zellen gegen den interzellulKren Raum (Abb. 16d) oder auch gegen die Lichtung des Neural- rohres vor (Abb. 16c). Die Bl~schen sind verschieden grog, ihr Inhal t gibt keinen elektronenoptischen Kontrast . Gelegentlich stehen auch diese Aggregationen zu einem l~fitochondrium in Beziehung (Abb. 16e). Ihrer Lage nach sind sie mit den lamins Strukturen (Typ 2) vergteichbar.

Welche Bedeutung die lamini~ren und multivesikul~ren Bildungen besitzen, l~I~t sich nur vermuten. Es m6gen spezielle Strukturen yon Zellevaginationen sein oder Zeichen der AbstoBung blasigen Zellmaterials. Auch im perineuralen Raum findet man mehrere ~ entfernt yon der Basalmembran ~hnliche freie Bildungen ohne Kon tak t mit irgendwelchen Zellen. Ihr Auftreten kann kaum als Artefakt erkl/~rt werden.

Schlul~bemerkungen Wie die elektronenmikroskopisehen Befunde zeigen, shad die Formver~nde-

rungen der Matrixzelle mit best immten cytologischen Differenzierungen korreliert. Die Gesamtheit dieser Ver~nderungen ergibt in der hier untersuehten Phase die Sonderung der Randzone. Zu Beginn dieser Differenzierung bleibt abet die Unter- scheidung der Glio- and Neuroblasten noch unsicher. Dies/ indert sich erst, wenn sich die Glioblasten durch die Bildung yon peripheren FfiBchen unter der Basal- membran zu erkennen geben. Von hier aus kann man die Glioblastenforts/itze in die Tiefe bis zu der kernreiehen Zone verfolgen. Es bleibt weiteren Untersuchungen fiberlassen, ob und - - wenn ja - - wie viele noch undifferenzierte Matrixzellen sich in dieser ersten Phase der Sonderung in der kernreichen Zone verbergen. In der Randzone haben offenbar alle Zellfortsi~tze einen ann/ihernd gleichen Differen- zierungsgrad erreieht, sei es, da$ sie sieh zu Glioblasten oder zu Neuroblasten entwickelt haben.

Es fiel auf, dab in einer best immten Phase, niimlich naeh 40--50 Std Be- briitung, verh/~ltnism/iBig viele absterbende oder tote Zellen erseheinen, wiihrend danaeh keine oder nur selten tote Zellen aufzufinden sind (s. aueh FORSBERG und

Difierenzierung des Neuralrohres 419

Ki4LL~N, 1967). Auch die B l ~ c h e n a g g r e g a t i o n e n u n d die an die Mi tochondr ien gebundenen Efllschlfisse erscheinen in den fr i ihen Phasen (40- -50 S t d Bebr~tung) u n d verschwinden nach ehfigen Tagen der Bebrf i tung. Diese Beobach tung g ib t zu der V e r m u t u n g AnlaB, d a b in dieser Phase de r En twick lung die Zellen bis zur Ersch6pfung beansp ruch t s ind und ihr tei lweise erliegen.

Bei der Schi lderung der Befunde habe ich n ich t die Untersch iede festgehal ten, die zwischen dem Sektor der Basa lp l a t t e und der G r u n d p l a t t e bestehen. D a zwischen diesen Sek toren z .B. in der Ausb i ldung der Ki t t l e i s t en , dem Gehal t an Golgifeldern, an ER, Mi tochondr ien usw. deut l iche Untersch iede zu bemerken sind, soll te in spi~teren Un te r suehungen besonders auch auf die Topograph ic geach te t werden, deren Berf icksicht igung m a n bei fffiheren Unte r suchern vermil~t. Insbesondere w~re dabe i zu prfifen, ob es sich bei solchen Unte rsch ieden u m zeit l iche Differenzen hande ln k6nnte .

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Über die Differenzierung des Neuralrohres, besonders des Stratum zonale