feinstruktur und lipidbildung der fettzellen im perimeningealgewebe von neunaugen unter normalen und...

Zeitschrift fiir Zellforschung 84, 585--608 (1968)

Feinstruktur und Lipidbildung der Fettzellen im Perimeningealgewebe von Neunaugen

unter normalen und experimentellen Bedingungen

HILDEGARD M~LLER

Zoologisches Insti tut der Karl-Marx-Universiti~t Leipzig (Direktor: Prof. Dr. G. STERBA)

Eingegangen am 14. August 1967

Summary. 1. The fat cells of the perimeningeal tissue of Lampetra (Petromyzontes) are com- parable to white and brown fat cells with regard to the main morphological features, They are plurivacuolar cells, but they contain less cell organelles than the brown and white fat cells. In the cytoplasmic matrix glycogen appears as fl-particles in great quantities. The number of the lipid inclusions and the total lipid mass per cell are smaller than in brown and white fat cells.

2. The lipid inclusions are formed in the cytoplasmic matrix from glycogen as seen in electron micrographs. Areae of cytoplasmic matrix may be bordered by elements of the agranular ER. In addition, lipid inclusions appear to arise directly. In this process probably osmiophilic granules approximately 100 A in diameter, dilated elements of the agranular EI~ 1000 to 2000/~ in diameter, and the Golgi apparatus play an important role.

3. The structural and functional peculiarities of the perimeningeal fat cell in comparison to white and brown fat cells are discussed. The perimeningeal fat cells seem to represent a third type of fat cells of the vertebrates.

4. Under experimental conditions (x-ray irradiation 1200 r or treatment with 1,5% NaC1 for 20 hours) especially changes of the mitochondria, alterations on the cell surface, and great vacuoles in the cytoplasm are to be observed. After irradiation the mitochondria show in part a denser matrix and reduction of the cristae. After treatment with NaC1 many mitochondria show marked changes of shape, particularly dumb-bell and ring from. Pinocytotic activity appears to be increased in irradiated tissue. In addition, irradiation produces great vacuoles by distending the agranular ER.

5. The fat cells of the perimeningeal tissue surround nearly the whole central nervous system of the Petromyzontes forming a rather thick layer. I t evidently serves as an elastic cushion round the central nervous system. In addition these cells possibly have functional significance as a glycogen depot for the nervous tissue.

Zusammen]assung. 1. Die Fettzellen des Perimeningealgewebes (PMG) der zu den nieder- sten rezenten Vertebraten gehSrenden Neunaugen (Petromyzontes) sind in ihrem Grundaufbau den Zellen des weiBen und braunen Fettgewebes vergleichbar. Es handelt sich um plurivakuol~,re Fettzellen, die im Gegensatz zu den plurivakuol~ren Zellen des braunen Fettgewebes organellenarm sind und deren Grundzytoplasma auBerordentlich reich an fl-Glykogen-Partikeln ist. Die Anzahl der Lipideinschlfisse und die Gesamtlipidmenge je Zelle sind geringer als in der braunen Fettzelle.

2. Die Lipidbildung erfolgt intrazellulKr aus Glykogen. Sic ist in Grundzytoplasmabe- reichen, die dutch Anteile des agranuli~ren ER abgegrenzt sein kSnnen, im elektronenoptischen Bild erkennbar. AuSerdem kSnnen die Lipideinschliisse wahrscheinlich auch ohne Umweg fiber Kohlenhydrate gebildet werden. I)abei sind vermutlich • stark osmiophile Granula yon etwa 100 A Durchmesser, erweiterte Anteile des agranul~ren ER yon 1000--2000/~ Durch- messer und der Golgi-Apparat wesentlich beteiligt.

3. Die strukturellen und funktionellen Besonderheiten der Fettzellen des PMG werden dargestellt (vgl. S. 605). Die Zuordnung zu einem 3. Fettzelltyp der Vertebraten erscheint angezeigt.

586 H. Mi#LLER :

4. Die Fettzellen r6ntgenbestrahlter (1200 r) und osmotisch belasteter (1,5% NaC1 20 Std) Tiere wiesen besonders Ver~inderungen an den Mitochondrien, an der Zelloberfl~che und Vakuolenbildung im Zytoplasma auf. Die Mitochondrien r6ntgenbestrahlter Tiere zeigten z.T. Verdichtung der Matrix und Reduktion der Crista~, die der osmotisch belasteten hatten zum groflen Teil Hante]- bis Ringform. Nach R6ntgenbestrahlung waren geringe Zunahme der Pinozytose-Aktivit~t und vakuolenartige Erweiterung des ER erkennbar.

5. Die Fettzellen des PMG umgeben fast das gesamte Zentralnervensystem der Neunaugen in relativ dicker Schicht. Sie haben vermutlich als eine Art Baufettgewebe lokale Bedeutung als drucke]astisches, das ZNS schiitzendes Fett- und Fli~ssigkeitspolster. Vielleicht dienen sie dariiber hinaus als Glykogenspeicher fiir das Nervengewebe.

BAlCI~NETT (1962) stel l te lest , dal~ insbesondere durch e lek t ronenmikroskopische Unte rsuchungen unsere Kenntn i s se fiber die Fe t tze l len wesentl ich erwei ter t werden dfirften. I m Gegensatz zu pro te inproduz ie renden Zellen s ind jedoch Zellen, in denen Lipide gebfldet oder in gr6~erer Menge zeitweise gespeicher t werden, hin- sicht]ich ihrer F e i n s t r u k t u r auch heute noch re la t iv wenig bekannt . E in wesent- l ieher Grund daffir ist, dab insbesondere Fe t tze l len pr/~parat ionstechnisch erheb- liche Schwier igkei ten bieten. Wi ihrend als Orte der Pro te insyn these in allen Zellen die Ribosomen bzw. die Po lysomen e rkann t werden konnten, seheinen bei der Li- p idb i ldung in Abhi~ngigkeit vom Zel l typ und sicher auch v o n d e r ehemischen Zu- sammense tzung der Lip ide verschiedene Zel l s t ruk turen bete i l ig t sein zu.

So ist z.B. die Bildung von 01tropfen aus bestimmten Mitochondrien in Zapfenzellen der l~etina erwiesen (BERGER, 1966). In Pflanzenzellen k6nnen sich Sph~rosomen, die sich aus Anteilen des endoplasmatischen Retikulums entwickeln, in 01tropfen umwandeln (FaEY- WYSSLINr GRIESHABER und Mt~LETHALER, 1963). Milchfettkiigelchen entstehen in basalen Bereichen der Milchdrfisenzelle in enger Beziehung zum Ergastoplasma (BABOM~-NN und KNooP, 1959; BAI~OMAN~, FLEISCHHAUER und KNooP, 1961), Fettdotter erscheint in den Oozyten vom Frosch zuerst in Mitochondrien (WARD, 1962). BEAMS und KESSEL (1963) konnten in den Oozyten Yon Krebsen keine Hinweise daffir finden, da~ sich Fettdotter in enger r~um- licher Beziehung zu irgendwelchen Zellorganellen bildet. STERBA (1956) beobachtete eine Um- bildung yon Mitochondrienteilstficken zu Lipide enthaltenden Sekretvakuolen lichtmikroskopisch an Fettzellen yon Daphnia. In Zellen der Meibomschen Driise der Maus ist zu Beginn der Zelldifferenzierung agranul~res endoplasmatisches Retikulum sehr stark ausgebildet, und die Lipidsekrettropfen bilden sich in den Zisternen des endoplasmatischen Retikulum (PARAK- KAL und MATOLTSY, 1964). Die Lipide im Fettk6rper der Drosophila-Larve bilden sich in La- kunen des granul~iren ER (v. GAUDECKER, 1963). Bei Fettzellen des weiBen Fettgewebes konnte NA~'OLITA~O (1963) keinen Hinweis dafiir finden, daft irgendwelche Zellorganellen oder Mem- bransysteme dlrekt bei der Lipidsynthese oder -speichcrung beteiligt sind. Im braunen Fett- gewebe der Maus ist nach Ffitterung im AnschluB an eine l~ngere Hungerperiode Fettbildung innerhalb yon Glykogendepots beobachtet worden (GIESEKIN~, 1961).

Diese sehr unvol ls thndige l~bersicht fiber Arbe i ten der le tz ten J a h r e auf diesem Gebie t deu te t die Kompl iz i e r the i t des Problems an.

Das Per imeningealgewebe (STERZI) bzw. In te rmeningea lgewebe (VAN GELDE- R]~, GECE~]3AU~, vgl. S. 587) der Neunaugen bes teh t vorwiegend aus Zellen, die ihrer S t r u k t u r nach als Fe t tze l len gel ten mfissen. Sie unterscheiden sich jedoch sowohl yon den Fe t tze l len des b raunen und wefl~en Fe t tgewebes der h6heren Ver t eb ra t en als auch yon den augerha lb des Per imeningealgewebes (PMG) gelegenen Fet tze l len der Neunaugen. Gegenfiber den genannten Zellen zeichnen sich die Fe t tze l len des PMG der Neunaugen vor al lem durch geringere L ip idmengen und durch A r m u t an Zellorganellen aus. Sie lassen daher in gr613erer K la rhe i t Beziehun- gen zwischen Stru]~tur und Funkt ion erkennen, als das bei den Zellen des wei~en und braunen Fe t tgewebes im al lgemeinen der Fa l l ist.

Fettzellen im Perimeningealgewebe von Neunaugen 587

Material und Methodik Untersuchung~gut. Perimeningealgewebe yon 12 Larven und Imagines des Bachneunauges

(Lampetra planeri Bloch). AuBer bIormaltieren wurden stichprobenweise einige Tiere unter- sucht, die osmotisch belastet (Aufenthalt in 1% oder 1,5% NaC1-LSsung bis zu 24 Std) oder r5ntgenbestrahlt waren (Ganzk5rperbestrahlung 1200 r, fixiert 100 min nach Bestrahlungs- ende).

Dank freundlicher Unterstiitzung bei der Beschaffung yon Lampetra fluviatilis (L.) durch die Herren Prof. Dr. NmA•DER, Hochschule ffir Veterin~rmedizin Stockholm und Dr. AFZELIVS, Wenner-Gren-Institut Stockholm, war es mSglich, vergleichsweise auch das PMG yon Imagines dieser Art zu untersuchen (zun~ichst nut Stichproben).

Lipid- und Glykogennachweis s. S. 589. Ffir die elektronenmikroskopische Untersuchung wurde das Zentralnervensystem saint dem

umliegenden PMG meist in situ mit Glutaraldehyd (3--4 % ) etwa 15 rain vorfixiert (SABATINI, B~NSCH und BARRNETT, 1963) und nach Spfilen in 0,1 M Phosphatpuffer in einem OsO 4- Gemisch nach WOHLF-4~TH-BOTTERMANN (] 957), das u.a. aueh das lipidstabilisierende Kalium- bichromat enth~lt, 2--21/2 Std nachfixiert. Entw~isserung mit Aceton (75% Aceton enthielt 1% Phosphorwolframs~ure und 0,5 % Uranylacetat; WOHLFARTH~ 1957), Ein- bettung in Vestopal. Das PMG yon L. fluviatilis wurde nach MILLO~IG (1962) fixiert und fiber Alkohol in Epon eingebettet. Grundiage ffir die Zielpr~tparation waren 1 ~zm-Vestopal-Schnitte (gef~rbt mit 0,1% Toluidinblau nach einer Methode yon Herrn Dr. BZSRK~A~, Hochschule ffir Veterin~rmedizin Stockholm, mfindl. Mitteilung). Di2nnschnittherstellung mit dem Ultro- tome III (LKB Producter, Stockholm) und mit einem in der Forschungsstelle fiir L?bermikro- skopie der Universit~it Jena yon den Herren Dr. SCHWARTZE und BLi)Tm~ER konstruierten Ultramikrotom.

Nachkontrastierung. Ein Teil der Schnitte wurde mit Bleizitrat nach REYNOLDS (1963) zwecks Darstellung der Glykogenpartike] nachkontrastiert. Elektronenmikroskop : SEM 3 des VEB Fernsehelektronik Berlin-OberschSneweide bei vorwiegend 60 kV.

Ffir die zuverl~ssige Hilfe bei den pr~parationstechnischen Arbeiten danke ich den tech- nischen Assistentinnen Frau CI~ISTA SCHNEIDER, Frau RtrTH ALBRECET und Frl. ELVIRA RICHTER herzlich.

Befunde

1. Lichtmikroslcopische Be/unde Vorbemerkung. Die morphologische Deutung des Peri- bzw. Intermeningealgewebes ist

noch umstritten. Es entwickelt sich beim Embryo zusammen mit dem Material fiir Skelett und ttirnh~ute aus einer das Zentralnervensystem umgebenden Mesenchymlage. Nach Bildung der Skelettanlage liegt zwischen ihr und dem ZNS eine zun~ehst noch indifferente Gewebs- schicht, das skeletto-neurale Zwischengewebe (HALLER V. HALLERSTEIN, 1934). Aus ibm entstehen Hirnh~ute und Skelettinnenhaut (Endocranium). VAN GELDEREN (1925) faBt in Anleh- nung an GEG:~NBAVR dieses gesamte skeletto-neurale Zwischengewebe als Meninx primitiva auf. Die dem ZNS benachbarte Schicht entwickelt sich zur Endomeninx, die ~uflere zur Ektomeninx. Das dazwischenliegende Gewebe wird als ein Intermeningealgewebe aufgefal3t. Nach STERZr (1901) dagegen wird nut die direkt dem ZNS benachbarte Schicht des skeletto- neuralen Zwischengewebes zur Meninx primitiva, w~hrend sich die peripher gelegene Schicht zum Endocranium entwickelt. Da ]etzteres funktionell dem Skelett zugehSrt, muB nach dieser Auffassung das Gewebe zwischen Meninx primitiva und Endocranium als Perimeningealgewebe bezeichnet werden. Es ist nicht Aufgabe der vorliegenden Arbeit, das Fiir und Wider der beiden Ansichten zu untersuchen; im folgenden wird die Terminologie yon STnRZI verwendet.

Das PMG umgib t fast das gesamte Zent ra lnervensys tem der Cyclostomen als relat iv dicke Lage. Besonders im Bereich des Gehirns wird dieses Gewebe vorwiegend von groBen (durchschnit t l ich etwa 30 ~zm), meist • kugeligen, turges- zenten Fet tzel len gebildet (Abb. 1). Daneben enth/i l t es normale Bindegewebs- zellen und im Bereich des Gehirns auch Pigmentzel len. Die Forts/itze dieser Zellen erstrecken sich h/tufig in die Interzel lularr / iume der Fet tzel len hinein. Blutgefal~e

Abb. 1 (Legende s. S. 589)

H. Mi)LL:ER: Fettzellen im Perimeningealgewebe yon Neunaugen 589

sind im PMG nur sehr sp~rlich vorhanden; sie sind vor allem im Bereich der Meninx primitiva und innerhalb des PMG in der N~he des Pineal- und Parapinealorgans reichlicher ausgebildet.

STERZI (1907) hat das PMG zuerst ausfiihrlich beschrieben und die groflen kugeligen Zellen als blasige Ze]len (,,cellule veseicolari") bezeichnet. Er und aueh KRAUSE (1923), tier die Zellen ,,Arachnoidalzellen" neImt, beobachteten Fetteinschliisse darin. Im ttirnbereich liegen die Fettzellen meist so dicht, da{~ sie sich teilweise berfihren und • abplatten; im Bereich des Riickenmarks weniger dicht.

Schon lichtmikroskopisch ist erkennbar, dal] die grS/~ten Zellbereiche der Fett- zellen ~rom Grundzytoplasma eingenommen werden. Mitochondrienkonzentra- tionen sind hiiufig. Oft liegen Mitoehondrien und Lipideinschliisse mehr oder weniger benachbart.

Lipidnachweis. Mit Phosphin 3R nach Laidlaw (SPa~NHO~, 1964) behandelte Gefrierschnitte zeigten im Fluoreszenzmikroskop silbrig-weil3e Sekund~rfluores- zenz der mit Farbstoffmolekfilen angereicherten Fetttr6pfchen. Glykogennachweis. Die PAS-Methode nach Gomori ergab intensiv positive Reaktion der Fettzellen. Naeh Speichelvorbehandlung war nur noch eine schwache PAS-positive Reaktion kennbar. Das auf diese Weise nachgewiesene Glykogen ist auch in den elektronenoptisehen Abbildungen nach Bleizitratkontrastierung (REYNOLDS, 1963) deutlieh erkennbar.

Die Zellkerne sind im Verhttltnis zum Zellvolumen klein. Alle weisen jedoch tiefe Invaginationen auf (vgl. Abb. 3). Das gilt vor allem fiir L. planeri; die Kerne der FGttzellett yon L. fluviatilis waren night oder nur wenig eingekerbt.

2. Elektronenmil~roskopische Be/unde Morphologische Charakteristika yon Fettzellen sind nach BARRNETT (1962)

und NAPOLITANO (1963) vor allem das Vorhandensein yon Lipideinschliissen, Basallamelle und Pinozytosebl~schen. Die Lipideinsehlfisse bedingen die :L kugelige Form der ausdifferenzierten Fettzelle, ferner sind meist Glykogenvorr~te vorhanden. DiG Fettzellen des PMG yon L. planeri und fluviatilis weisen aUe diese Hauptmerkmale auf. Darfiber hinaus enthalten sie Strukturen, die allen Fettzellen eigen zu sein scheinen und die vermutlich in Beziehung zur Lipidbildung stehen (vgl. S. 595).

a) Grundzytoplasma. Schon im Ubersiehtsbfld ist erkennbar, dai~ das Grund- zytoplasma der Fettzellen des PMG yon L. planeri au~erordentlich reich an Glyko- gen ist (Abb. 2). Es wird im elektronenmikroskopischen Bfld nur an den mit Blei- zitrat nachkontrastierten Schnitten deutlich siehtbar (vgl. Abb. 4a u. b). Bei Stichprobenuntersuehungen yon L. /luviatilis wurde Glykogen nur in geringer Menge beobachtet. M6glicherweise sind dafiir u. a. die abweichenden Pr~parations- bedingungen verantwortfich.

Abb. 1. a IJberbliek iiber die Lage der Fettzellen des PMG. Lichtmikroskopische Aufnahme yon einem 1 lzm-Vestopal-Schnitt (0,1% Toiuidinblau). F Fettzellen, E Endocranium, M Meninx primitiva, B Blutgeftt6e, /V Nervengewebe. Vergr. etwa 390fach. b Ausschnitt yon l a: In den organellenarmen Fettzellen sind Mitochondrienkonzentrationen (M), Lipidein- schliisse (L) und invaginierte Zellkerne (N) erkermbar. Dazwischen Pigment- (P) und Binde-

gewebszellen (B). Vergr. etwa 1080fach

38a Z. Zdlforsch., Bd, 84

590 H.M~LLER:

Abb. 2. Ausschnitt aus einer Fettzelle. Das Grundzytoplasma ist sehr reich an Glykogen (G1). Nm~naltier c~ adult. Bleizitratnachkontrastierung. Mitochrondrien M, L Lipideinschliisse,

P Pigmentzellanschnitt, El. opt. Vergr. etwa 6000fach, Endvergr. etwa 15 500fach

Das Glykogen ist bei L. planeri relat iv gleichm~l~ig im Grundzytoplasma ver- teflt, u n d zwar in Fo rm yon :L sphiirischen Par t ike ln yon etwa 200--400 A Durch-

Fettzellen im Perimeningealgewebe yon Neunaugen 591

Abb. 3. Zellaussehnitt, den tief invaginierten Zellkern zeigend. Normaltier ~ adult. Bleizitrat- nachkontrastierung. N Nucleolus, L LipideinschluB, G1 Glykogen, E R z agranul~ires ER, M Mitoehondrien, P Pinozytosebl~schen. (Innenstruktur der Mitochondrien vermutlich z. T.

artefiziell ver~ndert, vgl. Text). El. opt. Vergr. etwa 6000fach, Endvergr. etwa 15500fach

messer (Abb. 4a, 6). Jedes Glykogengranulum - - von DROCHMANS (1962) als fl-Partikel bezeichnet - - stellt ein Glykogenmolekiil dar (MoRDOH, L~LOZR und KRISMA~, 1965), das sich aus einer grol3en, abet wechselnden Zahl yon D-Glykosyl- resten zusammensetz t (D. und M. R. STETTEN, 1960). Bei st~rkerer VergrSl3erung lassen diese Glykogen-Part ikel deutlich eine feingranul~re S t ruktur erkennen

38b Z. Zellforsch., Bd. 84

592 H.M~'LLER:

Abb. 4. a Kernnaher Bereich einer Fettzelle. Mitochondrien (M) zeigen z. T. septenartige Cristae. Das agranul~re ER (ER1) ist in unmittelbarer N~the des Golgi-Feldes (G) besonders dicht und netzartig ausgebildet. N Zellkern, GI fl-Glykogen-Partikel, ER 2 vermutlich erweiterte Anteile des agranulgren ER. Normaltier c~ adult, Bleizitratnachkontrastierung. El. opt. Vergr. etwa 20 000fach, Endvergr. 37 500fach. b Zellausschnitt mit Golgi-Feld (G), an dessen Peripherie vermutlich membrangebundene Strukturen (ERa) entstehen. Versuchstier: Larve ~ 6,8 cm L~nge, bestrahlt mit 1200r. Nicht nachkontrastiert. Im Grundzytoplasma sind zahlreiche stark osmiophile Granula yon etwa 100 A ~ erkennbar. V Vermutlich durch die Bestrahlung hervorgerufene Vakuolenbildung (starke lokale Erweiterung des agranul~ren ER), M Mito-

chondrium. El. opt. Vergr. etwa 15 000fach, Endvergr. etwa 32000fach

(Abb. 4a). Es ist noch nicht vSllig sicher, ob es sich bei den feinen Granula um Untere inhe i ten des Glykogenmolekfils handelt . REV]~L (1964) weist darauf hin, dab

Fettzellen im Perimeningeatgewebe yon Neunaugen 593

es sich um unspezifische Bleiablagerungen oder durch die Bestrahlung mitElektro- nen hervorgerufene Artefakte handeln kSnnte. Benachbarte Zellen k6nnen sich hinsichtlieh der Menge nnd Gr6Be der Glykogenpartikel betr/ichtlich unterscheiden (Abb. 6, 7).

b) Zelloberfldche. Zahlreiche nahe der Zelloberfl/~che liegende Mikropinozytose- B1/~schen weisen auf eine hohe Oberfl/ichenaktivit/~t der Zellen hin (Abb. 3, 5, 6). I m Gegensatz zu den Befunden an den Fettzellen des PMG von L. fluviatilis waren bei L. planeri relativ selten die Anfangsstadien der P inozy tose - - Invagination und beginnende Absehnfirung - - zu sehen. Naeh R6ntgenbestrahlung war eine geringe Zunahme der Pinozytose-Aktivit/~t erkennbar. Die Bls sind meist nicht tiefer in die Zelle hinein zu verfolgen. Sie geben ihren Inhal t vermutlich auch an Kan/~l- chen des agranul/s endoplasmatischen Retikulums ab, die h~ufig bis in die un- mittelbare N/~he der Zellgrenzfl/s ziehen (Abb. 3, 5, 6).

I m Gegensatz zu Leber- und Darmzellen, die vermutlich wenigstens zum Teil Triglyzeridtr6pfchen pinozytotisch aufnehmen (STRAUSS, 1964 ; PALAY und REVEL, 1964 ; COSSEL, 1964 ; DAVID, 1964) entbehren die Pinozytosebl~schen der Fettzellen des PMG eines Inhaltes so hoher elektronenoptischer Dichte. Es sind auch keine dichten Partikel in der Gr6Be feinster Lipidtr6pfchen auBerhalb der Fettzellen nachzuweisen, die auf eine Resorption yon Lipiden hindeuteten. An Pinozytose- bl/ischen mit dichtem Inhal t erinnernde Strukturen (z. B. Abb. 6) sind vermutlich anderer Herkmfft (vgl. S. 595).

Entgegen den Beobaehtungen yon WASSERMANN und McDoNALD (1960) an Zellen des weigen Fettgewebes (Methacrylateinbettung!) kann bei den Fettzellen des PMG kein 3schichtiger ,,surface membrane complex" nach Robertson festgestellt werden. AuBerhalb der elektronenmikroskopisch dichten Zellmembran ist lediglich - - von der Zellmembran dureh eine schmale helle Zone getrennt - - eine schmale, feingranul/~r erscheinende Schicht geringer elektronenoptischer Diehte ausgebildet (Abb. 7), aber keine kontinuierliche, elektronenoptisch diehte Mem- bran, wie sie yon den genannten Autoren beschrieben wird. Bei den Fettzellen des PMG yon L. planeri und/luviati l is handelt es sieh um eine typisehe Basallamelle, wie sie auch NAPOLITANO (1963) und WILLIAMSON (1964) bei den Zellen des weiBen Fettgewebes feststellten.

c) Endoplasmatisches Retikulum. Das endoplasmatische Retikulum ist fast ausschlielMich in der agranuldren Form ausgebfldet. Es zeigt meist enge Lage- beziehungen zu anderen Zellstrukturen: Regelm/iBig ist es im Bereich der Mito- ehondrien, der Golgi-Felder, h/iufig auch nahe der Zellkernperipherie und in unmittelbarer N/ihe yon Lipideinschlfissen festzustellen (Abb. 2, 3, 4, 8, 9). AuBerdem grenzt es kleinere Grundzytoplasmabezirke vom umgebenden Grundzy~oplasma ab (Abb. 5 a, 7). Die abgegrenzten Bezh'ke k6nnen sich hinsichtlich ihres Glykogen- gehaltes betr/~chtlich vom fibrigen Grundzytoplasma unterscheiden ; die Glykogen- partikel k6nnen darin sehr viel dichter gepackt liegen als auSerhalb (Abb. 7). Das deutet darauf hin, da$ es sieh bei den abgegrenzten Bereichen um besondere Reaktionsr/mme der Zelle - - Kompar t imente - - handelt und dab die Barrieren nieht yon Kan/~lchen, sondern yon Zisternen des ER gebildet werden. Das agranu- 1/~re E R der Fettzellen des PMG dfirfte jedoch vorwiegend in Form yon Kan/~lchen ausgebildet sein, wie das auch yon anderen Zellen bekannt und wie es z.B. aueh aus Abb. 8 a ersichtlich ist.

594 H. MOLLER :

Abb. 5. a Zellperipherie mit gigufung kugelf6rmiger membrangebundener Strukturen (ERa). Im Grundzytoplasma liegen auger Glykogenpartikel auch stark osmiophile Granula. Normal- tier ~ adult. Bleizitratnaehkontrastierung. L LipideinschluB, E R 1 agranul~res ER, das Grund- zytoplasmabereiehe abgrenzt, P Pinozytoseblgschen, B Basallamelle. El. opt. Vergr. etwa 15 000fach, Endvergr. etwa 32 000fach. b Zellausschnitt mit H~ufung kugelf6rmiger Strukturen vom Versuchstier (bestrahlt 1200 r), Larve c~ 6,8 em Lgnge. Nicht naehkontrastiert. Pfeile: Fusion der membrangebundenen Strukturen (ERa). Sie enthalten dieht gelagerte, stark osmiophile Granula yon etwa 100 A ;3 und sind untereinander durch Kan/ilchen verbunden. El. opt.

Vergr. etwa 10 000fach, Endvergr. etwa 33000fach


Am st~rksten ist das agranul~re ER in unmittelbarer N~he der Golgi-Felder entwiekelt. Dort ist es netzartig ausgebildet, und die Lumina weisen einen homogen bis feingranul~r erscheinenden Inhalt geringer elektronenoptischer Dichte auf (Abb. 4a). Es hat den Ansehein, als ob die Bildung des agranul~ren ER in diesen Zellen yore Golgi-Feld ausginge. Ffir eine solche morphogenetische Funktion des Golgi-Apparates gibt es bereits Hinweise (z.B. SJ6STRAND und HA•zoN, 1961).

In den Fettzellen des PMG sind auBerdem Strukturen ausgebildet, die ver- muttich ebenfalls Bildungen des agranul/~ren ER sind: Rundliehe bis ovale bzw. li~ngliche, yon einer einzigen Membran umgebene Strukturen yon durchschnittlich 1000--2000 A sind meist in den Zellen zu beobaehten.

Sie weisen einen feingranuli~ren Inhalt auf. Die etwa 100 A messenden Granula k6nnen mehr oder weniger dieht gepaekt sein und sind • stark (Abb. 5a) bis sehr stark (Abb. 5b) osmiophil. Die membrangebundenen Strukturen kSnnen lokal konzentriert (Abb. 5) oder auch =[= vereinzelt liegen. Im letzten Fall sind sie meist in unmittelbarer N~he yon Mitoehondrien oder ER-Kan~lehen zu beobaehten und k6nnen dann auch oval bis l~nglieh sein (Abb. 4a, 7) oder sie sind bis nahe der Zell- peripherie zu verfolgen und k6nnen dann den Eindruck von Pinozytosebli~schen mit dichtem Inhalt erweeken (Abb. 6, 8).

Nur an wenigen Aufnahmen ist erkennbar, dab die membrangebundenen Strukturen dureh Kan/tlchen des agranul/~ren ER verbunden sind (Abb. 8a). Offensichtlieh handelt es sieh hier um lokale, kugelf6rmige Erweitertmgen des agranul/~ren ER, die einen ~: stark osmiophflen, granuliiren Inhalt aufweisen. Die Tatsaehe, dab eine direkte Verbindung zwisehen den membrangebundenen Strukturen und den ER-Kan/~lehen nut relativ selten beobaehtet wurde, 1/~Bt darauf schlieBen, dab diese Verbindung nut zeitweflig besteht. Es kommt wahrscheinlieh zu einer Absehnfirung kugelig erweiterter Endstficke des glatten ER. Der Vorgang ist vielleieht vergleichbar mit tier Bildung der Sph/~rosomen in Pflanzenzellen, bei der nach FR~Y-WYssLINr GRIES~ABER und MitrrLETH~LER (1963) erweiterte Endstiieke des ER abgeschnfirt, vergr6Bert, und spi~ter in 01- tr6pfchen umgewandelt werden k6nnen. Im Gegensatz zu den Befunden der genannten Autoren kann die Bfldung der kugeligen Strukturen in den Fettzellen des PMG offensichtlieh auch direkt vom Golgi-Feld ausgehen (Abb. 4b). Eine Fusion der Strukturen wurde besonders naeh R6ntgenbestrahlung beobachtet (Abb. 5b). AuGer den lokalen kugeligen Erweiterungen der mit granul/~rem Inhalt erfiillten ER-Kan/~le seheinen auch Erweiterungen fiber li~ngere Streeken vorzukommen; die ovalen und 1/inglichen membrangebundenen Strukturen sind vermutlich Schr/ig- oder Teill~ngsschnitte davon (Abb. 4a). Nur naeh R6ntgenbestrahlung waren dagegen weite, elektronenoptiseh leer erscheinende Vakuolen zu beobaehten, die lokale, sehr starke Erweiterungen des agranul/iren ER darstellen (Abb. 4b). Durch Strahleneinwirkung im Zytoplasma hervorgerufene Vakuolenbildung ist bekannt (ScHNeIDeR, 1961).

Im Grundzytoplasma und aueh auBerhalb der Zelle im Bereich der Basallamelle sind stark osmiophfle Granula yon etwa 1O0 A Durchmesser erkennbar, und zwar sowohl in Schnitten, die mit Bleizitrat nachkontrastiert waren, als auch in Sehnit- ten, bei denen eine Nachkontrastierung unterblieb (vgl. Abb. 4b u. 6). Diese Gra- nula sind vermutlich mit den granuliiren Partikeln in den membrangebundenen

596 H. 1V[~LLER:

Strukturen identisch; sie h/mfen sich darin wahrscheinlich an. Lokal k6nnen H~u- fungen dieser Granula auftreten, und zwar in unmittelbarer N/~he yon Kan/tlchen des agranul/~ren E R und Mitochondrien (Abb. 8 b). Auch unmittelbar an der Ober- fl/~che mancher Lipideinschl/isse sind die kteinen Granula zu beobaehten. Sie lagern sich dort offensichtlich der ebenfalls feingranul~ir erscheinenden Lipidsubstanz an bzw. gliedern sich von ihr ab (Abb. 8 b). Granula der genannten Gr6Benordnung und Dichte sind bereits in Fett- und anderen lipidenthaltenden Zellen beobaehtet worden (vgl. S. 603).

Das agranul/s ER kann schlieglich in den Fettzellen des PMG gro~e Kom- plexe bilden, in denen die z.T. verzweigten ER-Kan/~lchen dicht aneinanderliegen (Abb. 8a links). I m Kan~lchenlumen ist eine fast homogen erscheinende Substanz mittlerer elektronenoptischer Dichte erkennbar, und im Zentrum dieser Komplexe k6nnen Lipideinschlfisse ausgebildet sein (Abb. 8a rechts).

Anteile des granuldren ER waren in den Fettzellen des PMG auBerordentlich selten zu beobachten und dann nur in sehr geringer Ausdehnung. Aueh ffeie Ribosomen bzw. Polysomen waren nur stellenweise und sehr sps erkennbar. Proteinsynthese scheint daher in diesen Zellen keine bedeutende Rolle zu spielen.

d) Lipideinschliisse. Die auflerhalb des PMG gelegenen Fettzellen der Neun- augen - - z.B. die Zellen des subkutanen Fettgewebes - - sind wie die Zellen des weiBen Fettgewebes der h6heren Vertebraten im ausdifferenzierten Zustand so lipidreieh, dab nur ein sehr schmaler Protoplasmasaum das Lipid umgibt. Die Fettzellen des PMG yon L. planeri und ]luviatilis enthalten dagegen bedeutend weniger Lipid. Stets sind mehrere Fetttr6pfchen vorhanden, und zwar meist in der GrSBenordnung von 2--10 [~m Durchmesser. Es handelt sich also um plurivakuo- libra Fettzellen. Nach FUJITA und HONMA (1966) sind aueh die im Bindegewebe liegenden Fettzellen yon Lampetra japonica plurivakuols jedoch erfiillen die Lipide die Zellen bis auf einen schmaten Plasmasa,um wie bei den univakuol~ren Fettzellen der h6heren Vertebraten. Die starke Osmiophilie der meisten Lipid- einsehliisse im elektronenmikroskopisehen Bild (Abb. 8) deutet darauf bin, dal~ es sieh um Triglyzeride handelt, die reich an unges/~ttigten Fettss sind (STo~CKV.- ?qlUS und MAHR, 1965; HAKE, 1965).

Die Einsehltisse sind in den elektronenmikroskopisechen Abbildungen gew6hnlieh arte- fizieI1 formver/~ndert, insbesondere dureh die Dehydration bedingt; in der lebenden Zelle sind sie kugelf6rmig.

Der Lipidverlust darfte bei der angewandtea Fixierungsmethode relativ gering aein. In letzter Zeit haben ASHWORT~ U. Mitarb. (1966) dureh Kombination yon C14-Lipid-Markierung, versehiedenen Fixierungsbedingungen und anschlieBender Behandlung mit Lipidl6sungs- mitteln die bei der Priiparation auftretenden Lipidverluste quantitativ erfassen k6nnen. D~naeh betrugen die Lipidverluste bei der Leberzelle w~ihrend der Dehydration naeh OsO 4- Fixierung (mit oder ohne Aldehydvorfixierung) nur 0,7--7,2%. MOR~AW und HUBER (1967) stellten im Lungengewebe neugeborener Meerschweinehen h6here Lipidverluste bei der PrEpa- ration fiir die Elektronenmikroskopie lest (9,9--37,8%). Am niedrigsten waren sie bei OsO4- Fixierung mit Glutaraldehyd-Vorfixierung.

Wie aus den vorliegenden elektronenoptisehen Aufnahmen zu ersehen ist, werden die Lipicleinschliisse der Fettzelle des P M G intrazelluldr aus Glykogen gebilclet. Oft der Lipidbildung ist das an Glykogen reiche Grundzytoplasma. Abb. 7 zeigt stufenweise dichtere Packung der fl-Glykogen-Partikel in abgegrenzten Grund- zytoplasma-Bereichen und unmittelbaren l~bergang am Ort der dichtestgepackten Glykogen-Partikel in einen LipideinschluB.


Abb. 6. Periphere Bereiche zweier Fettzellen mit unterschiedlichem Gehalt und Zustand der Glykogenpartikel (G1). Das Grundzytoplasma der unteren Zelle ist reicher an osmiophflen Granula yon etwa 100 A als das der oberen. Normaltier ~ adult. Bleizitratnachkontrastierung. E R 1 agranul~tres ER, E R a vermutlich kugelfSrmige AbkSmmlinge des agranul~ren ER (ev. Pinozytosebl~schen ?) M Y-fSrmiges Mitochondrium, P Pinozytosebl~schen, B Basallamelle.

El. opt. Vergr. etwa 15 000fach, Endvergr. etwa 23000fach

Die Lipideinschlfisse der Fe t t ze l l en des PMG k6nnen vol ls t~ndig oder teilweise yon E R - M e m b r a n e n umgeben (Abb. 8a) oder auch nu t lokal mi t ihnen ve rbunden

598 H.M~LLER:

Abb. 7. Periphere Bereiche zweier Fettzellen. In der unteren ist innerhalb abgegrenzter Zyto- plasmabereiche (Z) dichtere Packung der Glykogenpartikel erkennbar als im umgebenden Grundzytoplasma. Pfeih ~bergang yon Glykogen in LipideinschluB. Normaltier ~ adult. Blei- zitratnachkontrastierung. P Pinozytoseblgschen, L Lipid, E R 1 agranulgres ER, E R 2 vermutlich Anschnitt vom erweiterten agranulgren ER. El. opt. Vergr. etwa 15 000fach, Endvergr.

etwa 35 000fach

Fettzetlen im Perimeningealgewebe yon Neunaugen 599

sein (Abb. 5a, 2). Sie kSnnen aber auch frei im Zytoplasma liegen (Abb. 3, 7, 8b). Ein Tell dieser Membranen dtirften ER-Membranen sein, die urspriinglich Grund- zytoplasmabereiche abgrenzten (vgl. Abb. 7) und nach Umwandlung des Glykogens in Lipid auch das LipidtrSpfchen ganz oder teilweise umgeben. Der Lipidbildung mul] jedoch vermut|ich nicht immer eine Abgrenzung durch ER-Membranen vor- ausgehen. Wahrscheinlich erfolgt eine Abgrenzung dann, wenn das Grundzyto- plasma zeitweise iirmer an Glykogen ist; innerhalb des abgegrenzten Bereiches erfolgt dann offensieht]ich eine Glykogen-Anreieherung (Abb. 7).

e) Mitochondrien. Die Mitochondrien zeigen im allgemeinen enge Lagebezie- hungen zum agranul/~ren ER und oft aueh zu den Lipideinsehliissen (Abb. 8). Meist sind die Mitoehondrien in bestimmten Zellbereiehen konzentriert und einzeln oder gruppenweise :L vollst~ndig yon ER-Kan/~len umgeben (Abb. 4, 8, 9). Bei Normal- tieren sind in lebenden Zellen (Janusgrfinf/~rbung) und im elektronenoptischen Bild lange fadenfSrmige bis fast kugelfSrmige Mitochondrien, aber auch Hantel-, Ring- und Y-Formen zu beobachten (Abb. 6). Oft sind zahlreiche kugelfSrmige Mito- chondrien dicht hintereinander angeordnet, so dab der Eindruek entsteht, dab sie durch Segmentation aus langen fadenf6rmigen Mitochondrien hervorgegangen sind. Der Querdurchmesser der Mitochondrien betr/igt meist h6chstens 0,3 ~tm. Ihre Innenstruktur erinnert etwas an die der Zellen des braunen Fettgewebes: Die Cristae liegen gew6hnlich dicht, und die meisten erstrecken sich septenartig quer fiber das gesamte Organell (Abb. 4a, 8a, 9b). An einer l~eihe yon Schnitten waren neben normalen Mitochondrien auch solche zu beobachten, deren Innenstrukturen z.T. gegeneinander abgekugelt erscheinen (Abb. 3). Es handelt sich wohl um arte- fizielle Ver/s sie m6gen durch die Septenbildung begtinstigt worden sein. Aueh gr6Bere Einschliisse, die an eine Art endogene Knospung erinnern - - etwa vergleichbar der yon DAWD (1964) bei Lebermitochondrien festgestellten Bildung ,,junger" Mitochondrien in der Matrix ,,alter" Mitoehondrien waren vereinzelt zu sehen.

Unter experimentellen Bedingungen war die Tendenz zur Form- und Struktur- ver/s der Mitochondrien sehr verst/irkt: Nach R6ntgenbestrahlung trat bei einer Anzahl Mitochondrien auffallende Verdichtung der Matrix und Reduktion der Cristae auf (Abb. 9 e). Nach osmotiseher Belastung (Aufenthalt der Tiere 20 Std in 1,5 % NaC1) hatten sehr zahlreiche Mitochondrien Hantel- bis Ringform (Abb. 9 a). In keinem Fall war eine Umwandlung von Mitochondrien in Lipideinsehlfisse erkennbar. Intramitochondriale Granula yon etwa 200--400 ~, Durehmesser sind ausgebildet. ASHWORTH u. Mitarb. (1966) konnten bei der Leberzelle die Lipid- natur yon intramitoehondrialen Granula nachweisen.

]) Zellkern. Der Zellkern der Fettzellen des PMG yon L. planeri zeigte stets tiefe Invaginationen. Das scheint im ailgemeinen auch fiir L. fluviatilis zu gelten, wie KRXUSr (1923) feststellte: . . . . . meist unregelmal~ig gestalteter K e r n . . . " . Bei den eigenen Vergleichsuntersuehungen an L./luviatilis (zun/ichst nur Stieh- proben) waren im wesentlicben ungekerbte oder nur wenig eingebuehtete Kerne zu beobaehten. Die starke OberflitehenvergrSi3erung der Kernhiille yon L. planeri ist als Ausdruck eines intensiven Kern-Zytoplasma-Austauschs zu werten. Bei Zellen des weifien Fettgewebes wird Einkerbung des Zellkerns im allgemeinen beobaehtet, bei Zellen des braunen nicht (BARRNETT, 1962).

Abb. 8. ~ Peripherer Zellbereich, der grolle Komplexe vom agranul~ren EP~ (ERx) enthglt, der rechts gelegene Komplex mit LipideinschluB (L). Pfeil: Verbindung der kugelf6rmigen Struk- turen mit dem agranul~ren ER. Normaltier ~ adult, nicht nachkontrastiert. El. opt. Vergr. etwa 10000lath, Endvergr. etwa 26000fach. b Zellausschnitt: enger Kontakt zwischen Lipid- einschlu8 (L) und Mitochondrium, UmhiiJlung (lurch agranuliires EIr (ERa), besonders in dessen Umgebung Hgufung stark osmiophiler Granula yon etwa 100 /~ ~. Solche Granula lagern sich dem LipideinschluB vermutlich an bzw. gliedem sich yon ihm ab. Versuchstier (bestrahlt 1200 r), Larve 3 6,8 cm L~nge. Nicht nachkontrastiert, daher Glykogenpartikel nicht

deutlich erkennbar. El. opt. Vergr. etwa 15 000lath, Endvergr. etwa 37000lath

Abb. 9. a Zellperipherie der Fettzelle eines osmotisch belasteten Tieres (20 Std. Aufenth. in 1,5% NaC1), Larve ~ 12,8 cm L~nge. Nicht nachkontrastiert. Hantel- und ringfSrmige Mito- chondrien (M) umhfiUt yon agranul/irem ER (ERI). ER3 kugelfSrmige membrangebundene S%rukturen, P Pinozytosebli~schen. El. opt. Vergr. etwa 10000fach, Endvergr. etwa 31000fach. b Mitochondrienkomplex eines Normaltieres (~ adult) umhiillt von agranul~rem ER (ER1). Cristae z. T. septenartig ausgebildet. Bleizitratkontrastierung. El. opt. Vergr, etwa 10 000fach, Endvergr. etwa 34000fach. c Mitochondrienkomplex eines bestrahlten Tieres (1200 r). Cristae zeigen Tendenz zur Unregelal/i, Bigkeit und Reduktion. Pfeil: Mit. mit weitgehender Reduktion der Cristae und Verdichtung der Matrix. Nicht nachkontrastiert. El. opt. Vergr. etwa 20 000-

fach, Endvergr. etwa 60000fach

602 H. Mi)LLER :

Diskussion der Ergebnisse

1. Lipid- und Glykogenbildung Bis vor kurzem war noch umstritten, ob alle in den e]ektronenmikroskopischen Aufnahmen

erkennbaren Lipide pinozytotisch aufgenommen oder in der Zel|e produziert werden (FAwcETT, 1966). Die Ergebnisse neuester elektronenmikroskopisch-radioautographischer Untersuchungen mit Palmitins~ture-H a und Glycerin-H 3 haben die Synthese yon Triglyzeriden in der LeberzeUe bewiesen (O. und Y. STEIN, 1967). Als Ort der Glyzerinveresterung wurden das agranul~re und das granul~tre ER festgestellt. Die radioaktiven Substanzen waren 2 min nach Injektion im ER und 5 rain nach Injektion in kleinen LipidtrSpfchen nachweisbar, 10 rain nach Injektion auch im Golgi-Feld.

Zweifellos entsteht die Hauptmenge der Lipide in der Fettzelle des PMG intra- zelluliir aus Glykogen. Daneben scheint in diesen Zellen auch eine Lipidbildung ohne Umweg fiber die Kohlenhydrate mbglieh zu sein (vgl. unten). Der Glykogen- gehalt der Fettzelle des PMG ist weitaus h6her als in den Zellen des wei•en oder braunen Fettgewebes. In den weil3en Fettzellen erscheinen w~hrend der Zell- differenzierung gr6i3ere Glykogenbereiche in der N~he der Lipideinschlfisse (NAI~OLITANO, 1963). In den Zellen des interskapul~ren braunen Fettgewebes der Maus konnten nur nach Fiitterung im Anschlu[3 an eine l~ngere Itungerperiode ausgedehnte Glykogenbereiche im Grundzytoplasma beobachtet werden (GIEsE- KING, 1961). Innerhalb dieser neugebildeten Bereiche wurden in einer 2. Phase globuli~re, stark osmiophile Partikel yon etwa 500/~ beobachtet, die zu grSBeren homogenen LipidtrSpfchen konfluierten. Die Zellen des braunen Fettgewebes und die Fettzellen des PMG der Neunaugen scheinen daher hinsichtlich der Art ihrer Lipidbildung prinzipiell i~bereinzustimmen.

Das Glykogen der Fet~ze}le des PMG wird vermutlieh intrazellul~r syntheti- siert. In der Zelle ist agranul~res ER ausgebildet, das nach neuesten Ergebnissen radioautographisch-elektronenmikroskopiseher Untersuehungen an der Leberzelle (CoIMBRA und LEBLOND, 1966) wahrscheinlieh eine Rolle bei der Glykogensynthese spielt, und zwar bei der Aufnahme von Glukose.

Die Hauptschritte der Glykogensynthese laufen nach den Befunden yon LUCK (1961) an den Glykogenpartikeln selbst ab; er konnte das Ferment Glykogensynthetase besonders in der Glykogenfraktion feststellen. Dieses Ferment iibertr~gt die mit Uridindiphosphat kombinierte Glukose auf eine Polysaccharid-Kette, die als Akzeptor dient. Der beste Akzeptor ist Glykogen selbst (LELOIR, 1964). Diejenigen Glykogengranula, die noeh nicht ihre MaximalgrSBe erreicht haben, dienen wahrscheinlieh besonders als Akzeptor (CoIr~BRA und LEBLOND, 1966).

Die Mikropinozytosebl~schen der Fettzellen des PMG sind nieht in Gruppen zu Mikrovesikel-Rosetten angeordnet, wie WILLI)~MSON (1964) in Zellen des weil3en Fettgewebes feststellte. Der Autor vermutet, da~ die von ihm beobaehteten Mikro- vesikel freie Fetts~uren enthalten und transportieren. Es ist noch unbekannt, ob unveresterte Fettss elektronenoptisch dargestellt werden k6nnen (BARt~NETT, 1962). Vermutlieh enthalten die Mikropinozytoseblhsehen der Fettzellen des PMG aui~er Wasser vor allem Glukose fiir die Glykogenproduktion.

Pinozytotische Aufnahme yon TriglyzeridtrSpfehen seheint in den Fettzellen des PMG ebensowenig vorzukommen wie in den Zellen des wei~en und braunen Fettgewebes. NAPOLITANO (1963) und GIESEKING (1961) konnten keine grS~eren Lipidpartikel an der Zelloberfl~che und im Interzellularraum beobachten. Neben der Lipidbildung aus Glykogen ist in der Fettzelle des PMG wahrscheinlich ein weiterer Modus der Lipidbildung verwirklicht, bei dem Strukturen beteiligt sind,


die vermutl ieh alien Fettzellen zukommen: a) :L stark osmiophile Granula von etwa 100 A Durchmesser, b) yon einer Membran umgebene St rukturen yon etwa 1000 bis 2000 A Durchmesser mit granuliirem Inhal t , die vermutl ich erweiterte Anteile des agranulSren ER shad.

Granula der genannten GrS/]enordnung und Dichte beobachteten BAR(~MAN)r und K•ooF (1959), CHASE (1959), WASSERMANN und McDoNALD (1960), WILLI~SO~ (1964) in Zellen des weiflen und braunen Fettgewebes und in anderen lipidenthaltenden Zellen, und zwar vorwiegend in unmittelbarer N~he yon Lipideinschlfissen. Herkunft und Bedeutung der Granula sind noch unbekannt. CHASE vermutet, dab sie " . . . may possibly be identified with, or related to substances in transport across the cytoplasmic layer". WASSER~Ar~N und McDoNALD glauben, daft es sich bei den osmiophilen Granula zwischen Zelloberfl~che und Fetttropfen um frisch synthetisiertes Lipidmaterial handelt. BAROYtA~r und KNOOP (1959) beobaehteten an den Lipideinschliissen der Milchdrfisenzellc ..... periphere Schalenbildung aus unregelm~Big ver- teilten kleinsten, stark osmiophilen KSmchcn...". Auch in den vorzfiglichen Abbildungen yon FAWCETT (1966) - - Ausschnitte aus Zellen des braunen Fettgewebes - - sind die Granula im Grundzytoplasma zwischen den N[itochondrien deutlich erkennbar.

Die Beobachtungen an den Fettzellen des PMG deuten darauf hin, dab diese Granula sehr wahrseheinlich in enger Beziehung zur Lipidprodukt ion stehen. Ihre elektronenoptische Dichte ist gr613er als die der l~ibosomen, sie sind ebenso stark osmiophil wie Membranstrukturen. Die Lipideinschlfisse selbst erscheinen ebenfalls fehagranuli~r strukturiert . Da die Granula auch aul~erhalb der Zelle - - besonders im Bereich der Basallamelle - - zu beobachten sind, ist die M6glichkeit nicht aus- zuschliel]en, dab sie pinozytot isch aufgenommen werden. Es dfirfte sich um feinste Triglyzeridpartikel (in der Leber sind yon DAVID, 1964, Triglyzeridpartikel yon etwa 200 A ~ beschrieben) oder um Monoglyzeride handeln. DaB die Granula Artefakte shad, ist wenig wahrscheinlich, abet noch nicht v611ig auszuschlieBen.

Das agranuliire E R ha t in der Fettzelle des PMG sehr wahrscheinlich Leitungs- funkt ion und vielleicht auch Synthesefunktion ffir Glykogen (vgl. S. 602) und ffir Triglyzeride. DaB das agranul~re E R in der Darmepithelzelle Lipide transport iert , ist erwiesen (PALAY und REVEL, 1964; FAWCETT, 1966). Dasselbe gilt auch fiir die Leberzelle (CossEL, 1964; DAVID, 1964). Fiir eine Lei tungsfunktion in der Fettzelle des PMG spricht folgendes: Kan~lchen des agranuli~ren E R verbinden Zellperi- pherie, Mitoehondrien, Golgi-Felder, Lipideinschliisse und zellkernnahe Bereiehe untereinander. Lokal sind Inhal te und Erweiterungen des E R zu beobachten. Kan~lchen des agranuliiren E R mit relativ dichtem Inha l t k6nnen direkten K o n t a k t mit Lipideinschlfissen haben (Abb. 8a), so da~ der Zu- oder Abt ranspor t yon Tri- glyzeriden oder deren Bausteinen (FettsRuren, Glyzerin) demonstr ier t wird.

In der Darmepithelzelle hat das agranul~re ER naeh biochemisehen Befunden auBer Transport- wahrscheinlich auch Synthesefunktion fiir Triglyzeride: An Fraktionen, die vorwiegend aus Anteilen des agranul~ren ER bestanden, wurde die Veresterung von Monoglyze- riden mit Palmityl-Koenzym A in vitro beobachtet (FAwcETT, 1966).

Auf Synthesefunkt ion des agranuliiren E R in der Fettzelle des PMG deuten besonders die Diehteveriinderungen des Inhal tes der Kaniilchen und seiner Erwei- terungen hin. Die Diehteskala umfal3t einen Bereich yon der Dichte der Mito- chondrienmatr ix (z.B. Abb. 4a) bis zur st~rksten Osmiophflie (z.B. Abb. 5b, 9a, 9b).

Membrangebundene Strukturen yon etwa 1000--2000 A Durchmesser sind auch in den Zellen des braunen und weiBen Fettgewebes ausgebildet: Sehr klar sind sie in den Abbildungen der braunen Fettzelle (FAweETT, 1966) erkennbar. BARRNETT (1962) beobachtete membrangebundene Strukturen unbekannter Natur, die eine dichte granul~re Matrix enthalten, in den

604 H. MULLER :

Zellen des weiBen Fettgewebes. NAPOLITANO (1963) beschreibt glattwandige Bl~sehen in allen Differenzierungsstadien der Zellen des weiflen Fettgewebes, fiber deren ZugehSrigkeit noeh keine Entscheidung mSglich war. Auch in anderen lipidproduzierenden Zellen sind diese membrangebundenen Strukturen erkennbar, z. B. in den Zapfenzellen der Retina im Bereich der sich in 01tropfen umwandelnden Mitochondrien (BEROER, 1966: Abb. 8, S. 151).

Die kugelfSrmigen membrangebundenen Strukturen in den Fettzellen des PMG enthalten vermutlich bereits LipidtrSpfchen (Abb. 5a u. 5b). Ihre geringere oder st~rkere Osmiophilie ist wohl Ausdruck ihres unterschiedlichen Gehaltes an unges~ttigten oder ges~ttigten Fettsi~uren zur Zeit der Fixation. In bezug auf den Osmiophiliegrad stimmen meist grSl3ere Lipideinschlfisse und der Inhal t dieser Strukturen etwa fiberein (Abb. 5a, 4b). Fusionsvorg~nge scheinen auch unter Normalbedingungen vorzukommen, darauf weist die unterschiedliche GrSl~e der kugelfSrmigen Strukturen hin (Abb. 5a). In der Leberzelle wurden vergleichbare Vorg~nge beobachtet: Pinozytotisch aufgenommene Lipidpartikel gelangen in das agranul~re ER und verschmelzen zu grSl3eren Lipidtropfen (DAVID, 1964).

Es ist bekannt, dab die Mitochondrien u.a. die Hauptenzyme fiir den Tri- glyzeridstoffwechsel enthalten. Die Mitochondrienh~ufung in unmittelbarer Ns yon Lipideinschlfissen erkl~rt sich vermutlich daraus. Ein direkter Kontak t zwischen Lipideinschlul~ und Mitochondrinm (Abb. 8b) kann als morphologischer

Abb. 10. Schema: Fettzelle des PerimeningeMgewebes ( P M G ) vom Baclmeunauge Lampetra planeri. B Basallamelle, E R 1 agranul~res ER, E R 2 vermutlich agranuli~res ER lokal erweitert und mit feingranul~rem Inhalt, E R a vermutlich vom agranul~ren ER abgeschnfirte bzw. im Golgi-Feld gebildete kugelfSrmige membrangebundene Strukturen mit • stark osmiophilem, feingranul~irem Inhalt; G Golgi-Feld, G1 fl-Glykogen-Partikel, L Lipideinschlfisse, M Mito- ehondrien, P Mikropinozytosebl~schen, Z durch agranul~res E R abgegrenztes Grundzyto- plasma, in dem die Glykogenpartikel dichter gepackt liegen kSnnen als im umgebenden Grund-

zytoplasma

Fettzellen im Perimeningeatgewebe yon Neunaugen 605

Ausdruck fiir o x y d a t i v e n A b b a u des Lipids oder auch als Ausdruck fiir Lipid- synthese gedeu te t werden (PALADE und SCHIDLOWSKY, 1958; PALADE, 1959).

2. Vergleich der Fettzelle des PMG mit weiflen und braunen Fettzellen Bis vor einigen Jahren war unklar, ob die univakuol~ren Zellen des weiBen Fettgewebes

und die plurivakuoliiren des braunen verschiedene Zelltypen mit verschiedener Herkunft und Funktion darstellen. NAPOLITANO (1963) bewies, dab die Zellen des braunen Fettgewebes nicht mit unausdifferenzierten Zellen des weiBen Fettgewebes identisch sein kSnnen, wie verschie- dentlich angenommen wurde (z. B. SIDMAN, 1956). Die noch nieht voll ausdifferenzierten Zellen des weiBen Fettgewebes weisen zwar zahlreiche Lipideinschliisse wie die Zellen des braunen Fettgewebes im voll ausdifferenzierten Zustand auf, aber die Feinstruktur beider Zellen ist grundverschieden: Nur die Zellen des braunen Fettgewebes verf/igen fiber einen hochspezialisierten Mitochondrienapparat (vgl. unten). Zudem sind Herkunft und wahrscheinlich auch die Funktion unterschiedlich: W~hrend sich die Zellen des weiBen Fettgewebes aus Fibroblasten differenzieren (NAPOLITANO, 1963), entwickeln sieh die braunen Fettzellen aus Zellen des retikuloendothelialen Systems (CAMERON und SMITH, 1964). Das braune Fettgewebe ist am st~rksten bei Nagetieren ausgebildet, kommt aber aueh bei anderen SSugetieren und auch beim Menschen vor (BARGMA~, 1962 ; CXMERO~ und SMITH, 1964; BUCHER, 1965).

~ber die Bedeutung des braunen Fettgewebes gab es bis vor einigen Jahren nur Vermutun- gen. Der hochentwickelte Mitochondrienapparat und die daraus resultierende hohe Zellatmung lassen darauf schlieBen, dab es sich nicht um einfaches Speichergewebe handeln kann. CAMERON und SMITU (1964) konnten deutliehe Ver~nderungen am braunen Fettgewebe bei Ratten nachweisen, die der K~lte (6 ~ C) ausgesetzt waren (Zunahme der Zellzahl und der Gef~Bversorgung, zytologische Ver~nderungen). Die Ver~nderungen werden Ms Ausdruck einer Thermoregula- tion und K~lteadaptation gedeutet. Die Zellen des braunen Fettgewebes weisen sehr zahl- reiehe, vorwiegend kugelige Mitoehondrien auf, die eine ungewShnliche GrSBe (Durchmesser bis etwa 7 ~m) erreichen. Sie haben eine sehr groBe innere Oberfl~che durch dichtliegende, sich meist septenartig quer fiber das gesamte Organell erstreckende Cristae (NAPOLITANO und FAWCETT, 1958; GIESEKING, 1961 ; NAeOLITANO, 1963; FAWCETT, 1966). FAWCETT (1966) setzt die hohe Spezialisierung der Mitochondrien zur Art der Lipidbildung dieser Zellen (hoher Energiebedarf ffir Fettsynthese aus Kohlenhydraten) und zum hohen Energiebedarf ffir den Fettabbau beim Erwachen aus dem Winterschlaf in Beziehung. Die Zellen des weiflen Fettge- webes zeigen nach den Befunden von NAPOLITANO (1963) in keinem Stadium Mitochondrien mit derartigen Besonderheiten.

Bei e inem Vergleich der F e i n s t r u k t u r der Fe t tze l len des PMG mi t der der Zellen des weiBen und b raunen Fe t tgewebes ergeben sich neben den pr inzipiel len Uber- e ins t immungen, die den Charak te r einer Fe t tze l le ausmachen, einige Besonderheiten der Fe t tze l le des PMG:

a) I m Gegensatz zu den Zellen des weiBen Fe t tgewebes , die nach NAPOLITANO (1963) in allen S tad ien granul~res E R aufweisen - - mi t for t schre i tender Diffe- renzierung al lerdings an Menge abnehmend - - is t in der Fe t tze l le des PMG fast ausschliel~lieh agranuliires E R ausgebi ldet . I n den Zellen des b raunen Fe t tgewebes konn te ein E R gar n ieh t (GIEs]~xINO, 1961) oder nur ganz sp/~rlieh (BARRNETT, 1962; NAPOLITANO, 1963) beobach te t werden.

b) Die Mitochondr ien der Fe t t ze l l en des PMG sind n ich t so zahlreich und n ich t so hoch spezial is ier t wie in den Zellen des b raunen Fe t tgewebes . Septenbi ldung und lokale K o n z e n t r a t i o n - - vorwiegend in der N~he der Lipideinschli isse - - er innern jedoeh an die Mi toehondr ien der b raunen Fe t tze l len und erkl~ren sich viel leieht aus der gleichen Art der Lipidbildung aus Kohlenhydraten.

c) I m Gegensatz zu den Zellen des weil3en Fe t tgewebes s ind die Fe t t ze l l en des PMG plurivakuoliir. Die Zahl der Lipideinschli isse und die Gesamt l ip idmenge je Zelle s ind geringer als in den b raunen Fet tze l len .

39 Z. Zellforsch., Bd. 84

606 II. MOLLER :

d) Das glykogenreiche Grundzytoplasma ist im Gegensatz zu den weil]en und braunen Fettzellen iiberwiegender Zytoplasmabestandteil der Fettzellen des PMG.

e) Die membrangebundenen Strukturen (Schema Abb. 10: ER~ und ERa) sind vermutlich keine Besonderheit der Fettzellen des PMG, aber zwischen den genannten Strukturen und der Lipidbildung lassen sich in diesen Zellen Beziehungen erkennen (wahrscheinlich direkte Lipidbildung ohne Umweg fiber die Glykogen- bildung).

f) Der Zellkern der Fettzelle des PMG weist im Gegensatz zu den weii~en und braunen Fettzellen tiefe Invaginationen auf (besonders bei L. planeri beobachtet).

g) Wtihrend jede Zelle des weil3en und hraunen Fettgewebes mindestens mit einer Kapillare in Verbindung steht (BARRNETT, 1962) ist das PMG der Neunaugen nur sehr spiirlich durchblutet.

Angesichts dieser Besonderheiten ergibt sich die Frage, ob die Fettzellen des PMG neben den Zellen des weiBen und braunen Fettgewebes einem 3. Fettzell typ der Vertebraten zuzuordnen sind. Dazu sei noch einiges zur funktionellen Seite er6rtert: Die sp~rliche Durchblutung des PMG 1/~l~t es unwahrscheinlich erscheinen, dal~ die Fettzellen des PMG der Neunaugen wie das wei[~e Fettgewebe in enger Beziehung zum jeweiligen Ern~hrungszustand des Tieres stehen und vorwiegend als Speicherorgan st~ndig in die Stoffwechselvorg~nge des gesamten Organismus einbezogen werden. Vielmehr dfirfte es sich um Zellen handeln, die lokale Bedeutung als eine Art Baufettgewebe haben. Auf S. 587 wurde dargelegt, dal~ die Fettzellen des PMG fast das gesamte Zentralnervensystem umhfillen. Zweifellos wirkt diese relativ dicke Schicht • kugeliger, turgeszenter und lipidhaltiger Zellen als druck- elastisches Fett- und Fliissigkeitspolster. Da die Neunaugen die primitivsten Organi- sationstypen der rezenten Wirbeltiere verk6rpern und als solehe noch keine v611ig geschlossene (knorpelige) Sch/idelkapsel besitzen und aueh das Rfickenmark nut wenig dutch Basen knorpeliger Neuralb6gen geschiitzt wird, hat diese Fettzellen- schicht fiir den Schutz des ZNS sicher besondere Bedeutung. KRAUSE (1923) wies bereits auf die Schutzfunktion der ,,Arachnoidalzellen" hin. M6glicherweise kommt eine weitere Funktion hinzu: Es w~re denkbar, dal~ die glykogenreichen Zellen auch ein Glykogendepot/iir das ZNS der Neunaugen darstellen. Einerseits ist dessen Gef~Bversorgung relativ sp/~rlich (im Rfickenmark fehlen Blutgef/il3e v611ig), an- dererseits hat insbesondere das Nervengewebe st~ndig hohen Glukosebedarf.

Die strukturellen und funktionellen Unterschiede gegenfiber den Zellen des weil]en und braunen Fettgewebes lassen es angezeigt erscheinen, die Fettzellen des PMG der Neunaugen als 3. Fettzelltyp der Vertebraten aufzufassen. Es bleibt zu kl~ren, ob aul~er den Cyclostomen andere niedere Vertebraten - - Fische und Am- phibien - - in ihrem perineuralen Gewebe vergleichbare Fettzellen aufweisen.

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