Karyokinese und Kernstruktur während der Hepatocarcinogenese

Virchows Arch. Abt. B Zellpath. 11, 24--33 (1972) �9 by Springer-Verlag 1972

Karyokinese und Kernstruktur wiihrend der Hepatocarcinogenese

I. Mitosen und Mitosestf i rungen in H e p a t o c y t e n und Hepa tomze l l en der Ni t rosomorpho l in -ve rg i f t e t en Rat ten leber*

W. Roman und P. Bannaseh Pathologisehes Institut der Universitgt Wiirzburg

(Direktor: Prof. Dr. H.-W. Altmann)

Eingegangen am 6. April 1972

Karyokinesis and Nuclear Morphology during Hepatocarcinogenesis

I. Mitoses and Mitotic Abnormalities in Hepatocytes and Hepatoma Cells of the Nitrosomorpholine-Intoxieated Rat Liver

Summary. The mitoses of hepatocytes and hepatoma cells were examined qualitatively and quantitatively after continuous (" continuous" experiment) or temporary limited (" stop" experiment) treatment with different eoneentrations of the hepatoeareinogen Nitrosomorpho- line (NNM) (12 mg and 50 mg NNM ad 100 ml drinking water). The mitotic index of the parenehyma is increased in all experiments, especially during the administration of the 50 mg-% NNM-solution, whieh also caused the most extensive neeroses. In the "stop" experiment the mitotic rate lies in the same dimension as the rate of the neerosis, except from a transient rise 4 weeks after the removal of the carcinogenic stimulus. Only when hepatomas appear, do the dividing cells increase considerably in number.

After application of NNM mitotic abnormalities are frequently found mainly concerning the prophasis. There exists a distinct relationship to the applied NNM-eoneentration: during the treatment with 50 mg% NNM-solution 67 per cent, with 12 mg%-NNM-solution only 34 per cent of all mitotic figures are altered. After removal of the NNM the portion of abnormal mitoses is redueed to 23 per eent. The mitotic index of hepatoma cells, however, was about 47 per cent. Whereas abnormal mitoses seem not to be related to cell transformation, they do have a bearing upon the nuclear size and nuclear structure of carcinogen-intoxicated liver parenehyma and hepatomas.

Unter E inMrkung hepatotroper Carcinogene k o m m t es am Leberparenchym zu einer Steigerung der Mitoserate, zu St6rungen der Karyokinese und zu ~nderungen der nucle/iren und nucleol/iren Feinstruktur . Die Frage, ob diese Vergif- tungsfolgen eine wesentliche Voraussetzung oder nur eine Begleiterscheinung der Krebsents tehung sind, kann bis heute nicht befriedigend beantwor te t werden. Wir sind dieser Frage daher am Modell der Nitrosomorpholin (NNM)-vergifteten Rat tenleber (vgl. Bannasch, 1968) in verschiedenen Exper imenten mit cyto- morphologischen und morphometr isehen Methoden erneut nachgegangen. Karyo- metrisch stellten wir zun/~chst fest, dag Polyploidisierungen oder funktionelle Kernschwellungen, die w/ihrend der In toxikat ion mit NNM auftreten, nach Ab- setzen dieses Giftes (Stoppversuch) wieder weitgehend reversibel sind (Romen et al., 1972). Da sich bei der gleichen Versuchsanordnung nach einer Latenzzei t

* Mit Unterstiitzung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

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von mehreren Monaten regelm~Big hepatocellul~re Tumoren entwickeln, haben wir aus diesem Resul ta t gefolgert, dab die toxisch bedingte VergrSl3erung der Hepa tocytenkerne nicht als Zeichen einer pr~cancerSsen Zellreaktion gewertet werden kann. I n i~hnlichen Versuchen haben wir nun geprfift, ob Carcinogen-indu- zierte Mitosest6rungen, wie sie yon verschiedenen Autoren (Graffi und Bielka, 1959; Glass, 1960; Stich, 1960; Bannasch und Mfiller, 1964; Harman, 1970; Stiller et al., 1971) beschrieben wurden, mit der Geschwulstbildung in Zusammen- hang stehen. In einer spi~teren Publikat ion sollen die w~hrend der t tepatocarcino- genese auftretenden Veri~nderungen in der Feins t ruktur des Intermitosekerns unter dem gleichen Gesichtspunkt bet rachte t werden.

Material und Methoden

a) Tierversuche Die Untersuchungen wurden an m~nnlichen Sprague-Dawley-Ratten durchgeffihr$, die

mit Altromin | geffittert und mit Leitungswasser ad libitum getr~nkt worden waren. Von dem- selben Untersuchungsmaterial liegen bereits licht- und elektronenmikroskopische Befunde yon cytoplasmatisehen Veri~nderungen (Bannasch, 1968) sowie morphometrische Studien fiber die Zell- und KerngrSl3e der vergifteten Leberzellen (Bannasch et al., 1972, Romen et al., 1972) vor. Von den 171 mit Nitrosomorpholin (NNM) 1 behandelten Tieren haben wir 24 Ratten aus drei Versuchsgruppen ausgew~hlt, in denen NNM in verschiedenen Konzentrationen (12 bzw. 50 mg ad 100 ml) teils fortlaufend an 6 Tagen der Woche (Dauerversuch), teils zeit- lich begrenzt (Stoppversuch) im Trinkwasser gegeben worden war. Die Bestimmung der auf- genommenen Giftdosis erfolgte dutch t~gliche Messung der Trinkmenge. In den Stoppver- suchen erhielten die Tiere nach Absetzen des Cancerogens Leitungswasser ohne Zusatz. Jeder Versuchsgruppe wurde ein gleichaltriges Kontrolltier zugeordnet.

I. 50 mg/lOOml-NNM-L6sung (Dauerversuch). 3 Tiere wurden mit einer 50 mg-%igen NNM-LSsung getr~nkt und nach 3 Wochen getStet (NNM-Gesamtdosis ,~79 rag/Tier).

II. 12 mg/lO0 ml-NNM-L6sung (Stoppversuch). 12 Tiere erhielten 7 Wochen lang eine 12 mg-%ige NNM-L6sung (NNM-Gesamtdosis ~103 mg/Tier). Davon wurden 3 Tiere un- mittelbar vor dem Absetzen des NNM getStet (IIa), die iibrigen in Dreiergruppen 4 (IIb), 52 (He) und 87--97 Wochen (IId) danach.

III. 12 mg/lO0 ml-NNM-L6sung (Dauerversuch). 3 Tiere wurden 24 Wochen lang mit einer 12 mg-%igen NNM-L6sung getr~nkt und anschliei~end sofort get6tet (NNM-Gesamt- dosis ,--330 mg/Tier).

b) Lichtmikros/copische Technik Die Leber wurde im •therrausch jeweils zwischen 9 und 11 Uhr lebensfrisch entnommen

und tells in 10%iger FormalinlSsung, teils in Carnoyschem Gemisch fixiert. Einbettung in Paraffin. F~rbung der ca. 5 ~zm dicken Schnitte mit H~matoxylin-Eosin, Kresylviolett, Tri- PAS und Goldner.

Zur Bestimmung des Mitoseindex und der Hi~ufigkeit der verschiedenen MitosestSrungen wurden pro Tier mindestens 100 Kernteilungsfiguren entsprechend 30000 bis 120000 Leber- parenchym- oder Hepatomzellen ausgewertet. Dabei haben wir nur deutlich yon der Norm abweichende Teilungsfiguren als MitosestSrungen registriert. Sie wurden - - aufgeschlfisselt nach den einzelnen Mitoseteilphasen - - listenweise notiert.

Ergebnisse

a) Morphologie und Einteilung der Mitosest6rungen

Bei allen Versuchstieren finden sich Mitosefiguren, die mehr oder weniger s tark yon der Norm abweichen. Wir haben sie in Anlehnung an Al tmann u.

1 Wir danken Herrn Doz. Dr. R. Preussmann, Heidelberg, ffir die t?berlassung des NNM.

26 W. Romen und P. Bannasch:

Abb. 1. Mitosest5rungen im NNM-vergifteten Leberparenchym und in Hepatomen. a) Eine iiberalterte und eine kollabierte Prophase, b) kondensierter Stern mit ringfSrmiger Chromo- somenanordnung, c) fiber den Zellraum versprengte Chromosomen, d) monopolare Spindeln mit hufeisenfSrmiger Chromosomenanordnung, Rest der Kernmembran erkennbar, e) tri- polare Mitose, f) Chromosomenverhaftung (-~) w~hrend der Anaphasebewegung, g) Brficken- bildung w~hrend der Telophase, h) unterdrfickte Cytokinese in der Rekonstruktionsphase

(alle Abb. HE, 1 : 1600)

Haubrich (1965) sowie Klinge (1968) nach ihrer ZugehSrigkeit zu bestimmten Phasen der Kernteilung in Gruppen zusammengefal~t. In der Anfangsphase der Karyokinese handelt es sich um iiberalterte (Abb. 1 a), kollabierte (Abb. 1 b), oder versprcngte (Abb. 1 c) Prophasen. Unter StSrungen der Metaphase wurden ss liche Kernteilungsfiguren eingeordnet, bei denen die Mctaphaseplatte nicht regel- haft ausgebildet wurde und einzelne Chromosomcn ungeordnet im Zellraum liegen- blieben. Weiterhin gehSren in diese Gruppe monopolare Spindeln, die an der huf- eisenfSrmigen Anordnung der Kernschleifen kenntlich sind (Abb. l d) und tri- polare Spindeln mit typischer u geteilter Metaphaseplatte (Abb. le). Bei der Anaphascbewegung vorauseilende oder verzSgert folgende Kernschleifen wurden wie Chromosomenverhaftungen (Abb. lf) unter AnaphasestSrungen zusammengefal~t. Als Anomalien der Telophase registrierten wir Brfickenbildungen zwischcn Telophasekerncn (Abb. lg) his hin zur unvollst/indigen Trcnnung der Tochterkerne, unglcich grol~e Telophasekerne und unterdrfickte Cytokinesen (Abb. 1 h), die nach Siebs (1963) und Altmann u. Haubrich (1965) als die leich- teste Form einer Spindel- und damit MitosestSrung anzusehen sind.

Karyokinese und Kernstruktur wghrend der Hepatocarcinogenese. I 27

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Abb. 2. Mitoseindex (oberes Diagramm) und prozentualer Anteil yon normalen (leere S~ulen) und gestSrten (gemusterte S~ulen) Mitosen an der Gesamtzahl der Mitosen (unteres Diagramm) in NNM-vergiftetem Leberparenchym (I--II c) und Hepatomen (II d, III). 150 mg- % ige NNM- LSsung (Dauerversuch) 3 Wochen, Leberparenchym. II 12 mg-%ige NNM-LSsung (Stopp- versuch) a) 7 Wochen, Leberparenchym, b) 7 Wochen anschlieflend 4 Wochen Wasser, Leber- parenchym, c) 7 Wochen anschlieflend 52 Wochen Wasser, Leberparenchym, d) 7 Wochen anschliel3end 87--97 Wochen Wasser, Hepatom. III 12 mg-%ige LSsung (Dauerversuch)

24 Wochen, Hepatom

b) Mitoseindex und Hiiu/igkeit der MitosestSrungen

Befunde am Leberparenchym

50mg/lOOml-NNM-LSsung (I). Nach dreiw6chiger Applikation einer 50 mg-%igen NNM-LSsung finden sich im Leberparenchym zahlreiche Mitosen; der Mitoseindex (Zahl der Mitosen pro 100 Leberparenchymzellen), der bei gleich- altrigen Kontrolltieren unter 0,01% liegt, betr/igt 0,23% (Abb. 2, oberes Dia- gramm). Von den Kernteilungen sind 67% gest6rt (Abb. 2, unteres Diagramm), 32% in dcr Prophase, 23% in der Metaphase und nur 12% in Ana- und Telophase (Abb. 3).

12m!l/100ml-NNM-LSsung (II). Nach 7wSchiger Gabe einer 12 mg-%igen NNM-L6sung (IIa) ist die Mitoserate mit 0,08% deutlich niedriger als bei der

28

%

10,

W. Romen und P. Bannasch:

1 l l a l ib I1 c 11 d Ill

Abb. 3. Prozentualer Anteil von normalen und gestSrten Mitosen an der Gesamtzahl der Mitosen, aufgeschlfisselt nach den einzelnen Mitoseteilphasen in NNM-vergiftetem Leber- parenchym (I--IIc) und Hepatomen (IId, III). Normale Prophase: fein punktierte S/iulen, gestSrte Prophase: dick punktierte S/iulen, normale Metaphase: S~ulen mit feinen L~ngs- strichen, gestSrte Metaphase: S~ulen mit dicken L~ingsstrichen, normale Anaphase: S/s mit feinen Schr~gstriehen, gestSrte Anaphase: S~ulen mit dicken Schr/igstrichen, normale Telophase: S~ulen mit feinen Querstrichen, gestSrte Telophase: S/iulen mit dicken Quer- strichen. 1 50mg-%ige NNM-L5sung (Dauerversuch) 3 Wochen, Leberparenchym. II 12 mg-%ige NNM-L5sung (Stoppversuch). a 7 Wochen, Leberparenchym, b 7 Wochen an- schliel3end 4 Wochen Wasser, Leberparenchym, c 7 Wochen anschliel3end 87--97 Wochen Wasser, Hepatom. I I l 12mg-%ige NNM-LSsung (Dauerversuch) 24Wochen, Hepatom

50 mg-%igen NNM-Konzentration (Abb. 2, oberes Diagramm). Auch die Zahl der alterierten Mitosen ist kleiner (34%), wobei es sich gr6Btenteils (81% ) u m Prophasest6rungen handelt (Abb. 3).

4 Wochen nach Stopp der Giftzufuhr (IIb) ist der Mitoseindex gegenfiber dem Wert w/ihrend der Vergiftung zwar um das Doppelte auf 0,16% angestiegen, doch sind jetzt nur noch 23% aller Mitosen gest6rt (Abb. 2, unteres Diagramm). Un- gcf/~hr die Hiilfte der Kernteilungsanomalien entfallen auf die Prophase, der Rest auf die fibrigen Teilphasen (Abb. 3).

52 Wochen nach Stopp der NNM-Applikation (IIc) ist die mitotische Aktivit/it, wie aus Abb. 2 hervorgeht, wieder etwas kleiner geworden (0,11%). Die Mitose- st6rungen haben dagegen erncut zugenommen, 35 % aller Karyokinesen weichen zu diesem Zeitpunkt yon der Norm ab (Abb. 2, unteres Diagramm). Dieser Wert liegt damit geringffigig fiber dem, der unter der Gifteinwirkung ermittelt wurde. Ein wesentlicher Unterschied zwischen diesen beiden Versuchsgruppen besteht aber darin, dab sich 52 Wochen nach Absetzen des NNM auch zahlreiche patho- logische Kernteilungsfiguren in den sp/iten Phasen der Mitose nachweisen lassen: 46 % ProphasestSrungen stehen 26 % Metaphase-, 13 % Anaphase- und 15 % Telo- phaseanomalien gegenfiber (Abb. 3).

Befunde an Hepatomen

Bei den Hepatomen bestehen hinsichtlich des Mitoseindex erhebliche Untcr- schiede zwischen den im Dauer- und Stoppversuch erzeugten Tumoren. Die Hepa-


tome des Stoppversuchs (IId), die 87--97 Wochen nach einer 7wSchigen Vergiftung mit einer 12 mg-%igen NNM-LSsung entstanden sind, weisen einen Index yon 0,77 % auf. Demgegeniiber zeigen die Hepatome des Dauerversuehs (III) am Ende einer 24wSchigen Vergiftung mit einer 12 mg- %igen NNM-LSsung eine Mitoserate yon 2,73 % (Abb. 2, oberes Diagramm). Trotz dieses unterschiedlichen Proliferations- verhaltens stimmt das Verh~ltnis yon normalen zu gestSrten Mitosen weitgehend fiberein (Abb. 2, unteres Diagramm). Lediglich bei der Aufschlfisselung der Kern- teilungsanomalien nach den einzelnen Teilphasen der Mitose sind leichte Differen- zen festzustellen (Abb. 3). Bei den Tumoren des Dauerversuehs (III) stehen StSrungen der frfihen Mitosephase im Vordergrund, im Stoppversuch (IIc) liegt das Maximum zwar ebenfalls am Anfang der Kernteilung, doch kommen hier mehr als im Dauerversuch gestSrte Teilungsfiguren in Ana- und Telophase (zusammen 12,5% gegenfiber 7,8% im Dauerversuch) hinzu.

Diskussion

Mitosen und MitosestSrungen der NNM-vergifteten Rattenleber zeigen deut- liehe Abh/~ngigkeiten yon der HShe der angewandten Giftkonzentration und yon der Vergiftungsdauer. Dabei bestehen grundlegende Unterschiede zwisehen dem Leberparenchym und den Hepatomen.

Der Mitoseindex des Leberparenchyms liegt nach 3wSchiger Applikation einer 50 mg-%igen NNM-LSsung wesentlieh hSher als naeh 7wSchiger Gabe einer 12 mg-%igen GiftlSsung, obwohl die NNM-Gesamtdosis im ersten Fall niedriger ist ( ~ 79 rag~Tier) als im zweiten ( ~ 103 rag/Tier). Der Umfang der Zellprolifera- tion wird demnaeh in diesen Versuehsstadien in erster Linie vonder unspezifisch- toxischen ,,Konzentrationswirkung" des NNM bestimmt, die unter anderem aueh ffir das Ausma~ der toxischen Parenchymnekrose verantwortlieh ist (Bannaseh, 1968; Theodossiou et al., 1971). Aus der parallelen Betrachtung yon Nekrose und Mitose hatten wir friiher bereits abgeleitet, da] die Steigerung der Mitoserate wahrscheinlich zun~chst aussehlie~lich und in den sp~teren Versuchsstadien teilweise Zeichen einer reparativen Regeneration ist (Bannasch et al., 1972). Erst wenn die Mitoserate deutlich fiber der Nekroserate liegt, ist an autonomen Wachs- tumsvorg~ngen nieht mehr zu zweifein, zumal sich dann auch ffir Tumoren typische Zellver~nderungen finden.

Der Mitoseindex der Hepatome fibersteigt die Nekroserate des NNM-vergifte- ben Parenehyms bei weitem. Der auffallende Unterschied zwischen den im Stopp- und im Dauerversuch erzeugten Geschwfilsten weist auf einen differenten Maligni- t~tsgrad hin. Das kommt aueh darin zum Ausdruck, dal3 die im Stoppversuch auftretenden Hepatome im Gegensatz zu den im Dauerversueh entstandenen Tumoren noch partiell glykogenhaltig sind. Sie bestehen also zumindest teilweise aus Zellen, die in bezug auf ihre Stoffwechselfunktionen noch nicht vSllig trans- formiert sind (Bannasch, 1968). Ob die betreffenden Geschwfilste nach l~nge- rer Latenzzeit den gleiehen Malignit~tsgrad erreiehen kSnnen wie die dureh st/~ndige Giftgabe erzeugten Tumoren oder ob sie stets ,,gutartiger" bleiben, mug in weiteren Untersuchungen gekl~rt werden. Eine inverse Korrelation von mitotischer Aktivit~t und Glykogengehalt der Tumoren wurde kfirzlich aueh bei unter- sehiedlich schnell wachsenden Transplantationshepatomen festgestellt (Hruban


et al., 1971). Besonders interessant ist, da~ die glykogenreichen Hepatome mit niedriger mitotischer Aktivit~t im Verlaufe mehrerer Passagen in der Regel glyko- genarm werden und zugleieh wesentlieh schneller proliferieren.

Sowohl die Proliferation der vergifteten Hepatocyten wie die der Hepatom- zellen ist mit versehiedenartigen Mitosest6rungen verbunden. Sie treten in allen Teilphasen der Mitose auf, bevorzugen aber die Prophase (Abb. 3).

Die H~ufigkeit von Kernteilungsanomalien liegt in dem toxiseh gesch~digten Leberparenchym z. T. hSher als in den Hepatomen. Die meisten MitosestSrungen finden sich bei den Tieren, die mit einer 50 rag- %igen NNM-LSsung vergiftet wurden. Hier verlaufen 67 % aller Kernteilungen unregelm/il]ig (Abb. 2, unteres Diagramm). Ws der Intoxikation mit einer 12 mg-%igen LSsung sind dagegen nur 34% und 4 Wochen nach Absetzen dieser LSsung sogar nur 23 % aller Mitosen gestSrt. Die Kernteilungsanomalien, die nach Stopp der Giftzufuhr am Leberparenchym auftreten, erkl/iren sich wahrscheinlieh grSBtenteils durch das Alter der Versuchs- tiere, da die Analyse von MitosestSrungen nach partieller Hepatektomie gezeigt hat, dal~ sich hier ohne jede zus~tzliche Sch~digung Mitoseanomalien einstellen, deren Zahl mit zunehmendem Alter erheblich ansteigt (Klinge, 1968). Der naeh Absetzen der 12 mg-%igen NNM-LSsung nachweisbare Riickgang der Mitose- stSrungen von 34 % auf 23 % und die Verdoppelung des prozentualen Anteils an gestSrten Mitosen unter Einwirkung einer 50 mg-%igen NNM-LSsung weisen aber gleiehermal~en darauf hin, dab das NNM selbst den Ablauf der Kernteilung beeintrs

An welcher Stelle das Cancerogen in den Meehanismus der Kernteflung ein- greift, ist often. Es kommen sowohl direkte wie indirekte Effekte in Frage. Nach den Untersuehungen von Lee und Lijinsky (1966) fiihrt NNM in vivo zu einer Alkylierung hepatocellul~rer Nucleinss die bisher allerdings nur ffir RNS erwiesen ist. An Bakterien sind darfiber hinaus mutagene Eigenschaften gefunden worden (Trams und Kfinkel, 1964). Es ist also durehaus mSglieh, dab NNM in den vergifteten Leberparenchymzellen direkte Ver~nderungen der chromosomalen DNS verursacht, die ihrerseits filr bestimmte MitosestSrungen, wie z.B. Chromo- somenbriicken, verantwortlich sind. Alterationen von DNS und RNS kSnnten zum anderen sekund~r StSrungen der Proteinsynthese bewh'ken (vgl. Stiller et al., 1972). AuBerdem ist mit einer Alkylierung von Proteinen zu reehnen, wie sie bei versehiedenen anderen Nitrosaminen nachgewiesen wurde (Magee, 1964). Solche StSrungen im Eiwei~stoffwechsel der vergifteten Hepatoeyten dfirften nicht nur ffir einen groBen Teil der Mitoseanomalien verantwortlich sein, sondern auch schon die der Mitose vorgesehalteten Synthesevorg~nge (preparative Phase) hem- men, so da~ die betreffenden Zellen nicht in die S-Phase und Mitose eintreten. Dal~ diese pr~parativen Synthesevorgs nach hepatotropen Carcinogenen unter- drfiekt sein kSnnen, geht aus den autoradiographischen Untersuchungen yon Rabes et al. (1970) hervor: Sie stellten an teilhepatektomierten Ratten nach Gabe von Di~tthylnitrosamin durch Messung der aH-Thymidin-Inkorporation eine erhebliche Reduktion DNS-synthetisierender Zellen gegeniiber nicht vergifteten Tieren lest.

Bei der Alkylierung von Proteinen durch Nitroso-Verbindungen sind die SH-Gruppen der schwefelhaltigen Aminos~uren besonders betroffen (Schoental, 1966). Diese Beobachtung ist ffir die Interpretation der NNM-induzierten


Mitosest5rungen von besonderem Interesse, da die Spindelproteine (C-Proteine) aul~erordentlich reich an Sulfhydril-Gruppen sind (Went, 1966, Borisy u. Taylor, 1967). Ihre Blockierung ffihrt zu Mitoseanomalien vom Colchicintyp (C-Mitosen), wie sie ausffihrlich yon Altmann und Haubrich (1965) dargestellt worden sind. In der Tat entsprechen die meisten der NNM-bedingten MitosestSrungen - - vor allem die der Prophase - - solchen C-Mitosen. Auch die unterdrfickte Cytokinese, die sich nach NNM hi~ufig in der Ausbildung yon doppelkernigen Zellen dokumen- tiert, kann mit einer SpindelstSrung in Zusammenhang gebracht werden, seitdem man Anhaltspunkte dafiir hat, dab auch bei der Zellteilung Spindelmaterial betei- ligt ist (Went, 1962; Siebs, 1963; Altmann u. Haubrich, 1965). Einige Autoren haben MitosestSrungen im Carcinogen-vergifteten Leberparenchym als Voraus- setzung der Krebsentstehung betrachtet (Glass, 1960; Stich, 1960; Maini u. Stich, 1961). Diese Auffassung ist zwar derzeit kaum zu widerlegen, sie wird jedoch dadurch fragwiirdig, dal3 gleichartige Ver~nderungen auch durch eine Reihe yon nichtkrebserzeugenden hepatotoxischen Substanzen (Ludford, 1953) und sogar durch partielle Hepatektomie (Altmann, 1966; Klinge, 1968) ausgel6st werden kSnnen.

Ffir die Mitosest6rungen in Tumoren hat schon Hansemann (1890) die Ansicht vertreten, dal3 sie lediglich eine Folge des carcinomatSsen Prozesses darstellen. Sie werden heute yon den meisten Autoren mit der besonderen Stoffwechsellage der Tumorzellen und ihrem fiberstfirzten Wachstum in Verbindung gebracht (vgl. Graffi u. Bielka, 1959). Bei den dutch permanente Giftzufuhr erzeugten Hepatomen ist zus~tzlich mit einer direkten Gifteinwirkung zu rechnen.

Wiihrend es ffir einen kausalen Zusammenhang yon MitosestSrungen und Zelltransformation bisher keine sicheren Anhaltspunkte gibt, kommt den pathologischen Kernteilungen zweifellos eine grol3e Bedeutung ffir das Kernbild der Carcinogen-vergifteten Leber und der Hepatome zu. Denn nur bei einzelnen MitosestSrungen, wie z.B. zeitlichen Verschiebungen der Chromosomenbewegung w~thrend der Anaphase, kann trotz der Anomalie der Karyokinese eine regelhafte Verteilung der Chromosomen auf zwei Tochterzellen erreicht werden. Ffir die meisten pathologischen Mitosen trifft das aber nicht zu. Sie fiihren vielmehr zu verschiedenartigen Kernveri~nderungen: So kommt es bei unterdrfickter Cyto- kinese zur Ausbildung yon Doppelkernen. Bei allen in der Prophase arretierten Mitosen und einem Teil der Meta- und AnaphasestSrungen sind polyploide Grol3- kerne zu erwarten (Wilson u. Leduc, 1948, 1950; Hsu u. Moorhead, 1957; Altmann et al., 1966). Damit stimmt gut fiberein, dab wi~hrend der akuten Intoxikation und in den Hepatomen gleichzeitig mit zahlreichen ProphasestSrungen eine tti~u- lung yon vergrSl3erten Kernen nachzuweisen ist (Romen et al., 1972). Mitose- st5rungen sind wahrscheinlich auch die Ursache ffir verschiedenartige Veritnde- rungen der Feinstruktur des Zellkerns. Sie werden im einzelnen in der folgenden Mitteilung beschrieben und besprochen.

Literatur

Altmann, H.-W. : Der Zellersatz, insbesondere an den parenchymatSsen Organen. Verh. dtsch. Ges. Path. 50, 15--51 (1966).

Altmann, H.-W., Haubrich, J.: /Jber hepatozellul~re Mitosest5rungen und Kerneinschliisse nach wiederholten Colchicingaben. Beitr. path. Anat. 131, 355--394 (1965).


Altmann, H.-W., Loeschke, K., Schenck, K. : t~ber das Karyogramm der menschlichen Leber unter normalen und pathologischen Bedingungen. Virchows Arch. path. Anat. 841, 85--101 (1966).

Bannasch, P. : The cytoplasm of hepatocytes during carcinogenesis. Recent Res. Canc. Res., Vol. 19. Berlin-Heidelberg-New York: Springer 1968.

Bannasch, P., Mfiller, H.-A.: Lichtmikroskopische Untersuchungen fiber die Wirkung yon N-Nitrosomorpholin auf die Leber von Ratte und Maus. Arzncimittel-Forsch. 14, 805-- 814 (1964).

Bannasch, P., Papenburg, J., Ross, W. : Cytomorphologische und morphometrische Studien der Hepatocarcinogenese. I. Reversible und irreversible Ver~nderungen am Cytoplasma der Leberparenchymzellen bei Nitrosomorpholin-vergifteten Ratten. Z. Krebsforsch. 77, 108--133 (1972).

Borisy, G. G., Taylor, E. W. : The mechanism of action of colchicine. Colchicine binding to sea urchin eggs and the mitotic apparatus. J. Cell Biol. 84, 535--545 (1968).

Gl~ss, E. : Die chromosomalen Ver~inderungen in der Rattcnleber w~hrend der krebsigen Entartung nach Verffitterung von Buttergelb. Z. Krebsforsch. 63, 294--310 (1960).

Graffi, A., Bielka, H. : Probleme der experimentellen Krebsforschung. Leipzig: Akad. Ver- lags-Ges. Geest & Portig K.-G. 1959.

Hansemann, D.: ?3ber asymmetrische Zellteilung in Epithelkrebsen und deren biologische Bedeutung. Virchows Arch. path. Anat. 119, 299--326 (1890).

Harman, J. W. : Quantitative studies of early cytological alterations induced in rat liver by 3'-methyl-4-dimethylaminoazobenzene, as affected by 3-methylcholanthrene. J. Path. Bact. 102, 69--85 (1970).

Hruban, Z., Morris, H.P. , Mochizuki, Y., Mereanze, D. R., Slesers, A.: Light microscopic observations of Morris hepatomas. Cancer Res. 81, 752--762 (1971).

Hsu, T.C., Moorhead, P. S.: Chromosome anomalies in human neoplasms with special reference to the mechanisms of polyploidization and aneuploidization in the HeLa-strain. Ann. N.Y. Acad. Sci. 68, 1083--1094 (1956).

Klinge, O.: Altersabh~ngige Beeintrs der Zellvermehrung in der regenerierenden Rattenleber. Virchows Arch. Abt. B Zellpath. 1, 342--345 (1968).

Lee, K. Y., Lijinsky, W.: Alkylation of rat liver RNA by cyclic N-Nitrosamines in vivo. J. nat. Cancer Inst. 87, 4 0 1 ~ 0 7 (1966).

Ludford, R. J. : Chemically induced derangements of cell divisions. J. roy. micr. Soc. 73, 1--23 (i953).

Magec, P. N. : Interaction of chemical carcinogens with proteins and nucleic acids. In: Cellular control mechanisms and cancer (P. Emmelot and O. Mfihlbock, eds.), p. 288--293. Amster- dam-London-New York: Elsevier Publ. Comp. 1964.

Maini, M. M., Stich, H. F.: Chromosomes of tumor cells. II . Effect of various liver carcinogens on mitosis of hepatic cells. J. nat. Cancer Inst. 26, 1413--1427 (1961).

Rabes, H., Hartenstein, R., Scholze, P.: Hemmung der Proliferationsaktivit~t der partiell resezierten Leber durch Di~thylnitrosamin. Z. Krebsforsch. 78, 239--241 (1970).

Romen, W., Ross, W., Bannasch, P. : Cytomorphologische und morphometrische Studien der Hepatocarcinogenese. II . Die Reversibilits yon KerngrSBen~nderungen in der Nitroso- morpholin-vergiftcten Rattenlcber. Z. Krcbsforsch. 77, 134--140 (1972).

Schocntal, R. : Instability of some of the products formed by the action of N-methyl-N-nitro- sourethane on cysteine in vitro. Role of neighbouring groups in enzymatic and carcinogenic action. Nature 299, 148--151 (1966).

Siebs, W.: MitoseablaufstSrungen. III. Mitteilung. Zur Wirkung yon Vincaleukoblastin auf normale und maligne Zellen in vitro. Z. Zellforsch. 61, 231--275 (1963).

Stich, H. F. : The DNA content of tumor cells. II. Alterations during the formation of hepatomas in rats. J. nat. Cancer Inst. 24, 1283--1297 (1960).

Stiller, D., Amlacher, E., Schmidt, 1%.: Mitotic abnormalities in proliferating hepatocytes during carcinogenesis due to dicthylnitrosamine (DENA). Exp. Path. 6, 80--90 (1972).

Theodossiou, A., Bannasch, P., Reuss, W.: Glykogen und endoplasmatisches Reticulum der Leberzelle nach hohen Dosen des Carcinogens N-Nitrosomorpholin. Virchows Arch. Abt. B Zellpath. 7, 126--146 (1971).


Trams, A., Kfinkel, H. A. : ]~ber das Spektrum einiger biochemischer Mutanten bei Escherichia coli nach Einwirkung von R6ntgenstrahlen und cancerogenen Substanzen. Biophysik l , 422--426 (1964).

Went, H. A. : Structural modifications of the mitotic apparatus during the early cleavages in sand dollar eggs. Chromosoma (Berl.) 18, 2191-242 (1962).

Went, H. A.: The behavior of centrioles and the structure and function of the achromatic figure. In: Protoplasmatologia, vol. VI. Wien and New York: Springer 1966.

Wilson, J. W., Leduc, E. H. : The occurrence and formation of binucleate and multinucleate cells and polyploid nuclei in the mouse liver. Amer. J. Anat. 82, 353--358 (1948).

Wilson, J. W., Leduc, E. H.: Abnormal mitosis in mouse liver. Amer. J. Anat. 86, 51--73 (1950).

Dr. W. Romen Doz. Dr. P. Bannasch Pathologisches Institut der Universit~t D-8700 Wfirzburg Luitpoldkrankenhaus, Bau 21 Deutschland

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Karyokinese und Kernstruktur während der Hepatocarcinogenese