Diabetologia 6, 605-615 (1970)

Evolution de l'ultrastrueture du pancr6as chez le foetus de rat

H. PERI~IER avecla collaboration technique de C. BILLAT

Laboratoire de Physiologic Animale et Centre de Biologic et Bioehimie du Ddveloppement, Facult~ des Sciences Reims, France

Re~u le 4 mai 1970

Development of the ultrastructure of the foetal rat pan- a r e a 8

Summary. The development of the endocrine and exo- crine cells of Wistar rat pancreas was studied from day 16 through day 21 of gestation by ultrastruetural observa- tions. A and B endocrine cells appeared immature on day 16 through day 18, being rich in free ribosomes and having relatively few and small secretory granules on day 16 and 17. These cells were dispersed among morphologically un- differentiated cells. On day 18, however, cells of this type were grouped into small islets. The maturation of the endo- crine tissue starting on day 19 could be identified by the organization of the adult type of the islets (peripheral A cells) and by the development of the cellular ultrastruc- ture, both being evident on day 20. In particular, the maturation of the B cells was indicated by the growing nmnber of secretory granules, which were obviously more voluminous than in the earlier stages of development, and by the growth of the ergastoplasmic and Golgian struc- tures. The maturation of the A cells was manifested by an increase in size and number of the secretory granules. -- The morphologically differentiated exocrine cells were numerous on day 17. The zymogen granules were numerous from day 18 on. At the same time the size of the granules increased and the ergastoplasmic structures were clearly developed. Later, only minor ultrastructural modifica- tions could be observed.

Rgsumd. L'observation ultrastructurale du paner6as des foetus de rats Wistar, gg@s de 16, 17, 18, 19, 20 et 21 jours a permis d'@tudier l'@volution du paner6as endocrine et exoerine au tours de la fin de la gestation. -- Des cellules endocrines Aet B pr@sentant, par leur richesse en ribosomes fibres, leurs granules s6ergtoires relativement peu nombreux et de petite taille, un aspect peu mature sont ~ 16 et 17 jours dispers6es parmi les cellules mor- phologiquement indiff6renei6es et ~ 18 jours groupSes en petits riots. La maturat ion du tissu endocrine amor- ege k 19 jours se manifeste ~ 20 jours par l'organisa- tion de type adulte des ilots (cellules A pgriph@riques) et par l'@volution ultrastrueturale des eellules. La matura-

tion des cellules B se traduit par un enriehissement en granules s~er~toires, qui sont net tement plus volumineux qu'aux stades prge6dents, et un d6veloppement des structures ergastoplasmiques et golgiennes. Dans les cellules A la maturat ion se manifeste par une augmenta- tion de la faille et du nombre des granules s6cr6toires. -- Les cellules exoerines morphologiquement diff6renei6es deviennent nombreuses ~ 17 jours; mais ne sont riches en grains de zymogbne qu'k partir de 18 jours. Cet enrichisse- ment s'aecompagne d 'un aecroissement de la taille des grains et d 'un d6veloppement des structures ergastoplas- miques. Aux stades suivants l '6volution est discrgte.

Entwiclclung der Ultrastrulctur des foetalen Rattenpan- lcreas

Zusammenfassung. Die Entwieklung der exokrinen und endokrinen Zellen des Pankreas yon 16, 17, 18, 19, 20 und 21 Tage alten FSten wurde elektronenmikroskopiseh untersucht. -- Bis zuIn 18. Tag haben die endokrinen Zellen (A und B) noch ein unreifes Aussehen (verh~ltnis- m/~13ig wenig kleine SekretionskSrnchen und zahlreiche freie Ribosome). Am 16. und 17. Tag liegen sie sp/irlich zwisehen morphologiseh undifferenzierten Zellen, yore 18. Tage an bilden sic kleine Inseln. Das l~eifen der endokri- nen Zellen beginnt am 19. Tag und wird am 20. Tag mit dem Erreiehen der beim Erwaehsenen sichtbaren Insel- organisation, d.h. mit ihrer peripheren A Zellenlage be- sonders deutlieh. Die Ultrastruktur der endokrinen Zellen ver/~ndert sich. W/~hrend die B Zellen eine Vermehrung der jetzt deutlieh gr6Geren SekretionskSrnchen und eine Ausdehnung des Ergastoplasmas und des Golgi Apparates vorweisen, zeigen die A Zellen eine Zunahme der Zahl und Gr613e der Sekretionsk6rnchen. -- Die morphologisch vollentwiekelten exokrinen Zellen werden am 17. Tag zahlreich. Am 18. Tag weisen sic eine Erh6hung der Zahl und Gr613e der Zymogenk6rnchen auf und eine gr6Gere Ausdehnung des Ergastoplasmas. Nach dieser Zeit treten nut geringe strukturelle Ver/~nderungen auf.

Key-words: Endocrine pancreas, exocrine pancreas, foetal rat, ultrastrueture.

De nombreux types eellulaires ont @td dgcrits dans le pancreas endocrine de ra t et de souris adultes [1, 12, 15, 19]. Si certaines catdgories sont for tement con- testges deux sont toujours reconnues: eellules de type A e t cellules de type B. Les eellules A sont prgfgrentiel- lement disposges ~ la pdriphgrie des ilots, les eellules B grant plus eentrales. Au microscope 61ectronique les cellules B apparaissent plus denses que les cellules A car leur cytoplasme est plus riche en ergastoplasme. Leur appareil de Golgi est plus d6velopp6. Leur mat6riel s6er6toire se pr6sente sous forme de vgsieules de taille variable renfe rmant u n grain dense & tendance

cristalloide. Par contre le mat6riel s6crdtoire des cellules A est form6 de granules sph6riques 61ectroni- quement denses, sgpargs de la membrane l imi tan te par un discret espace clair. Du point de r ue physiologique los cellules B sont reconnues depuis longtemps comme productriccs d ' insul ine et on sait m a i n t e n a n t qu ' au moins une part ie des cellules A (cellules A2) s6cr6te du glucagon [10, 11, 22].

Des expgrienees m o n t r e n t que le paner6as du foetus de ra t est capable de synth6tiser et d 'excr6ter de l ' insul ine [3, 7, 9, 16, 17, 26] et eertaines donn~es physiologiques appuien t l'hypoth@se d 'une s6cr6tion

606 H. Perrier : Evolution de l'ultrasgructure du pancr6as chez le foetus de rat Diabetologia

de glucagon en fin de gestation [6, 13]. Depuis ]es t r avsux de Hard [8] on 8dmettai t g6n6ralement que chez le foetus de ra t et de souris ]es cellules B se diff6rencient g part ir du 186me jour de gestation; divers auteurs ont cependant observ6 une diff6ren- clarion plus pr6coce, vers le 136me jour [19, 23] et mgme d6s le l l6me jour [27]. De m~me les eellules A n 'ont pas 6t6 observ6es avant la naissance par Ferreira [4], Goner [5], Hard [8], Hellman [12], Manger [19] mais des t ravaux r6eents [20, 21,] ont montr6 la pr6sence de ees eellules ehez le foetus.

Nous avons fair une 6rude ultrastructurale syst6- matique du pancr6as foetal de rat dans le but de

plus 10 h; par simplification nous dirons n jours (c'est-g-dire le (nZcl)6me jour de gestation). Les pancr6as sont pr6]ev6s chez les foetus de 16, 17, 18, 19, 20, 21 jours et chez les jeunes de 8 jours.

Les 6chantillons sont fix6s 5 g 10 mn g la glutaral- d6hyde, post-fix6s 1 heure g l'acide osmique et inclus dans l'ara]dite. L'observation de coupes semi-fines au microscope g contraste de phase permet de choisir les r6gions les plus riches en eellules endocrines qui apparaissent plus pgles, d6pourvues de grains de zymog6ne. Les coupes ultra-fines sont eontrast6es g l 'ac6tate d'uranyle-citrate de plomb et 6tudi6es au microscope 61ectronique Hitachi Type H.S.8.

Fig. 1. Foebus de 16 jours. Cellules morphologiquement indiff6renci6es, eiternes ergastoplasmiques longues et flexueuses (e), Br6s nombreux ribosomes libres. ~: noyau, m~. : mitoehondries (• 11600)

pr6ciser l '6voht ion des cellules A e t B. Simultan6ment qnelques observations sur le tissu exocrine sont rapport6es.

Technique Les rattes (souche Wistar C.F. du C.N.R.S.) sont

mises en pr6senee de ingles pendant la nuit. La d6cou- verte de spermatozoides dans le frottis vaginal ]e lendemain mat in permet de fixer le d6but de ]a gestation. On supposera arbitrairement que la copula- tion a eu lieu g minuit ce qui marque l'origine du temps. Les pr6]6vements sont toujours effectu6s vers 10 h du matin et les foetus sont done g~g6s de n jours

Rdsultat8 A 16 jours, l 'observation au microscope g contraste

de phase ne permet pas de distinguer pancr6as endo- crine et pancr6as exoerine.

Au microscope 61ectronique, la presque totalit6 des cellules pr6sente un aspect morphologiquement in- diff6renci6. Le eytoplasme est extr~mement riche en ribosomes ]ibres, souvent group6s en polysomes, et renferme qnelques eiternes ergastoplasmiques longues et flexueuses, g eontenu dense. L'appareil de Golgi est peu d6velopp6. Les mitoehondries sont peu nombreuses mais relativement volumineuses et riches en crates internes (Fig. 1). Les figures de mitose sont fr6quentes.

Vol. 6, No. 6, 1970 H. Perrier : Evolution de l'ultrastructure du pancr6as ehez le foetus de rat 607

Nous avons pu observer, d6js s ce stade, de rares cellules eontenant des granules s6cr6toires denses et arrondis, s6par6s de leur membrane limigante par un diseret espaee clair. Ce type de granules est earaet6ris- tique des cellules A. Ces cellules pr6sentent par ailleurs la m4me richesse en ribosomes que les cellules morpho- logiquement non diff6renci6es voisines; mais lear appareil de Golgi est plus d6velopp6. Elles contiennent

trouver car, comme s 16 jours, elles song dispers6es parmi des cellules morphologiquement indiff6renei6es. On observe des eellules A pr6sentant le mgme aspect qu'au stade pr6c6dent. Des eellules B song 6galement identifiables par ]eurs granules s6cr6toires ~ tendanee cristalloide situ6s dans des v6sieules elaires; la totalit6 des granules s6cr6toires de type B ne pr6senge pas toutefois eet aspect earact6ristique eg certains d 'entre

Fig. 2. Foetus de 16 j ours. Cellules A, granules s6cr6toires (s) peu nombreux, grande richesse en ribosomes libres. g: golgi, rot. : mitoehondries ( • 17400)

des mitochondries allong6es et des inclusions lipidiques relativement volumineuses (Fig. 2). Nous n 'avons pas observ6 de cellules B, ce qui n 'exclut pas leur pr6sence s ee stade. I1 faut remarquer en effet qu's 16 jours les eellules endocrines (A ou B) sont isol6es au milieu de cellules morphologiquemeng indiff6renci6es; la pro- babilit6 de les rep6rer est done beaueoup plus faible que lorsqu'elles song regroup6es en ilots que l 'on peut reconnaitre au microscope g eontraste de phase et s61ectionner pour ] 'observation en microscopic 61ectro- nique.

A 17 jours, les eellules endocrines en vole de diff6renciation morphologique sont encore difficiles

eux ressemblent aux granules des cellules A; ces cellules B sont plus riches en structures ergastoplasmiques que les cellules A. Le nombre des granules de s6cr6tion (de type A ou B) varie assez net tement d'une cellule l 'autre (Figs. 3 et 4).

Le ph6nom6ne le plus marquant ~ 17 jours esb le d6but de la diffdrenciation morphologique d 'un grand nombre de cellules exocrines, marqug par 1'apparition de volumineux grains denses (les plus gros mesurant 680 nm) qui tendent ~ s'accumuler au p6]e apical, en bordure des canalicules. Ces grains de zymog6ne sont g6n6ralement peu nombreux, et, comme dans le cas des ecllules endocrines, la riehesse en mat6ricl s6er6toire

Fig. 3. Foetus de 17 jours. Cellules B dans la paroi d ' u n canalicule (c). Quelques rares granules s6crdtoires (s), ergastoptasme (e) b ien dgveloppd, n : noyau. ( • 9000)

Fig. 4. Foe tus de 17 jours. Cellules B assez riches en granules (s) ( • 14580)

Fig. 5. Foe tus de 17 jours. Cellules exoerines. Grains de zymoggne (z) assez vo lumineux , ergastoplasme (e) impor tan t , fin de mitose ( • 8940)

Fig. 6. Foe tus de 18 jours. Cellules exoerines. Grains de zymog6ne (z) nombreux et vo lumineux , n: noyau. e: ergastoplasme (• 15600)

610 H. Perrier : Evolution de l'ultrastrueture du paner6as ehez le foetus de rat Diabetologia

des cellules exocrines est assez variable. Les cellules renfermant des grains de zymog6ne sont plus riches en citernes ergastoplasmiques que les eellules morpho- logiquement indiffdrencides mais prdsentent encore de tr@s nombreux ribosomes libres. Comme les cellules morphologiquement indiffdrencides, elles montrent une activitd mitotique (Fig. 5).

A part ir de 18 jours, les rdgions les plus riches en cellules endocrines peuvent gtre rep@rdes sur coupes semi-fines au microscope ~ contraste de phase. Elles apparaissent plus pgles, d@ourvues de grains de

Les cellules exoerines s'enrichissent en grains de zymoggne. Ceux-ci sont net tement plus nombreux et plus volumineux qu'au stade pr6e6dent (leur plus grand diam6tre atteint 1500 nm). En m6me temps que se forment les grains de zymog6ne, l 'ergastoplasme se d6veloppe progressivement sous forme de ]ongues citernes & contenu dense qui tendent ~ s'organiser parall61ement (Fig. 6). Ces eellules morphologiquement diff6renei6es pr6sentent encore nne aetivit6 mitotique.

A 19 jours, la raffle des riots endocrines uugmente et les eellules A tendent & se disposer pr6f6rentiellement

Fig. 7. Foetus de 20 jours. Cellules B. Grande richesse en matdriel sdcrdtoire (s), certains granules grant accolds (fl@ches) ~ la membrane plasmique (m). e : ergastoplasme abondant, g : golgi ddveloppd, n : noyau ( • 8400)

zymogSne, ces derniers grant dgjg abondunts duns le tissu exocrine.

A 18 jours, les cellules endocrines morpho]ogique- ment diff6renci6es sont groupies en petits riots renfer- mant soit une senle cut~gorie cellulaire, A ou B, soit un mglange des deux types de cellules. Quoique typique- ment endocrines, ces ce]lules entourent souvent des canalicules dont elles peuvent border directement la lumigre, sans interposition de eellule canalaire; duns ce cas il arrive qu'elles soient au voisinage immddiat des cellules exocrines morphologiquement diffdrenci6es, le long des m~mes canalicules. Elles prdsentent les m@mes curact@res morphologiques qu'uu stade pr6cd- dent.

& la p6riphgrie (cette organisation de type adulte est plus nette le jour suivant). Du point de rue cytologi- que, un certain hombre de cellules endocrines prgsen- tent des signes de maturat ion plus murqugs et sont eomparables par le dgveloppement de l 'ergastoplasme, de l 'apparefl de Golgi et le hombre des granules sgcr6toires typiques uux cellules du jeune rat.

A 20 jours, les riots, par lu disposition des cellules et leur richcsse en mat@riel sgcr6toire, @voquent ceux du jeune rut; ce stude est caract~ris~ par la prgsence de nombreuses cellules morphologiquement bien diff6r- enci6es duns des riots maintenant volumineux (Figs. 7, 8, 9, 10 et 11). La maturat ion des eellules B se truduit par le d6veloppement considgrable des structures

Vol. 6, No. 6, 1970 H. Perrier: Evolution de l'ultrastructure du pancr6as chez le foetus de rat 611

ergastoplasmiques et golgiennes e~ par une accumul- ation importante de granules s6cr6toires dent la taille a augment6 (g 17 et 18 jours les plus gros mesuraient 180 nm e t g 20 jours ils atteignent 430 nm). Les complexes golgiens pr6sentent un aspect caraet6ristique d'amas compacts de saeenles elairs plus ou moins dilat6s. Les v6sieules eontenant les granules s6cr6toires

Nous avons rencontr6 quelques cellules B munies d 'nn cil. Ces formations ciliaires n 'ont rien de spdeifique et nous ne les signalons iei qu'g titre de euriosit6. Nous les avons fr6quemment observ6es dans les eellules in- diff@enci6es bordant les eanalicules. Leur pr6sence darts les cellules endocrines du pancr6as est d'Mlleurs elas- sique [19, 25].

Fig. 8 . Foetus de 20 jours. Cellule B montrant un golgi (g) tr6s d6velopp6. ( s ) : grains de s6crgtion, n : noyau (x ~16oo)

g tendance cristalloide sent 6galement dilat6es (Figs. 7 et 8).

La maturation des cellules A se traduit surtout par l 'augmentation tr6s nette du nombre et de la taille des granules s6er6toires (la taille des plus gros granules est de 180 nm g 17 et 18 jours et 300 nm g 20 jours) ; ergas- toplasme et golgi ne pr6sentent pas de modifications appr6eiables (Fig. 9).

Dans les deux types eellulaires, on trouve d6s les premiers stades de diff6renciation morphologique des granules accol6s s la membrane plasmique, aussi bien dans les r6gions tat6rales qu'au pale basM de la eellnle (Figs. 7 et 10 par exemple). Des cellules endocrines morphologiquement diff@enei6es sent rues en mitose.

On ne note pas de variation appr6ciable des Slots entre 20 et 21 ]ours.

Vers la fin de la gestation, des filets nerveux peu- vent ~tre observ6s au voisinage imm6diat des cellules endocrines, g la p@iph6rie des Slots (Fig. 12).

L'6volution du pancr6as exocrine entre 19 jours et la naissanee se traduit par une discr6te augmentation de la taille des grains de zymog6ne, la riehesse des cellules en ergastoplasme reste inf6rieure g eelle observ6e ehez le jeune rat.

Discussion

Jusqu'g 18 jours, les cellules endocrines rencontr6es dans le pancr6as foetal du rat eonservent, par le nombre

612 H. Perrier : Evolut ion de l 'u l t ras t ructure du pancrdas chez le foetus de ra t Diabetologia

r e l a t i vemen t r es t re in t des granules s6er6toires e t la richesse en r ibosomes libres, un aspec t r e l a t i vemen t i m m a t u r e (Figs. 2, 3 et 4). A p a r t i r de 19 jours au eontra i re une m a t u r a t i o n est visible : l ' o rgan i sa t ion des riots t end vers un t y p e adu l t e e t ent re 19 et 20 jours les earact~res morphologiques des eellules endocrines dvoluent r a p i d e m e n t vers ceux que l 'on rencont re chez le jeune de 8 jours (Figs. 7, 8, 9, 10 et 11). Cet te ma- t u r a t i on correspond ~ l ' a u g m e n t a t i o n tr~s ne t te de

gique du t issu exocrine observ6e ici correspond v ra i semblab lemen t s cet te derni6re phase d 'accroisse- m e n t rapide. Ceci impl ique q u ' a v a n t ce s tade les cellules exocrines ont subi leur diff6renciat ion phy- siologique sans qu 'une diff6renciation morphologique soit 6vidente. Ceci est en accord avec les t r a v a u x de K u l k a [14] sur le pancr6as exocrine de poulet . I1 est difficile de savoir si semblable r emarque peu t s ' app l iquer aux ce]lules endocrines.

Fig. 9, Foetus de 20 jours. Cellules A. Granules s6crdtoires (s) nombreux, golgi (g) discret, mt: mitochondries. n : n o y a u (• 15600)

l ' insul indmie foetale ~ 20 jours [3], s l ' acero issement de la concen t ra t ion paucr6a t ique en insu]ine [2, 18, 24:] et au m a x i m u m de concen t ra t ion pancr6a t ique en gluca- gon observd ~ 20 jours [20, 18].

Les cc]lules exocrines morpho log iquemen t diff~r- enci6es dev iennen t nombreuses ~ 17 jours m~is ce n ' e s t qu '~ pa r t i r de 18 jours que la richesse en gra ins de zymog~ne devien t appr6ciable (Figs. 5, 6). Ensu i te de 19 jours s la naissance l '6volu t ion est discrete. Des dosages ont r6vdlds la prdsence d ' enzymes digestifs dans le pancrdas ~ p a r t i r de 12 jours de ges ta t ion et le brusque accroissement de ]a t eneur en ces enzymes ent re 16 et 19 jours [27]. La diff6renciation morpholo-

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Fig. 10. J e u n e de 8 jours . Cellules A. Granu le s secr6toires (s) n o m b r e u x e t purfois aeeol6s (fleehes) K lu m e m - b r a n e p l a smique (m). Golgi (g) diseret , n : noy~u. ( • 11600)

Fig. 11. J e u n e de 8 jours. Cellules B mat6r ie l s6er6toire (s) i m p o r t a n t , s t r u c t u r e s er- gas top la smiques (e) e t golgiennes (g) b ien d6veloppees, n : n o y a u ( • 15600)

Diabetologia, u 6 42

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Fig. 12. Foetus de 21 jours. Filet nerveux (f. n.) au voisinage imm6diat d 'une eellule B (B) (• 11600)

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Huguet te Perrier Laboratoire de Physiologic Animale et Centre de Biologic et Bioehimie du Dgveloppement Faeulte des sciences B.P. n ~ 347, F 51 t~eims

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