Z. Zellforsch. 137, 421-434 (1973) © by Springer-Verlag 1973

Riesenmitochondrien im [~bergangsepithel der Harnblase des Maulwurfs

G. Aumii l le r und W. G. F o r s s m a n n

Anatomisches Institut der Universitgt Heidelberg

Eingegangen am 27. Oktober 1972

Gian t Mi tochondr ia in U r i n a r y B ladder Trans i t iona l Ep i the l i um of the Mole

Summary. Giant mitochondria containing an enormous matrix volume were found in the intermediary cells of the urinary bladder transitional epithelium of the mole. Regularly shaped mitochondria develop club-like protrusions forming giant mitoehondria that contain several types of inclusions. Various other tissues were examined, but we could state that giant mitoehondria exist only in the intermediary cells of the urinary bladder epithelium. Thus a peculiar "intermediary cell mitochondriosis" is described in this paper, not regularly occuring in the mole. The functional significance of the giant mitoehondria is discussed.

Key words: Giant mitochondria - - Transitional epithelium - - Urinary bladder (mole) - - Electron microscopy.

Zusammen/assung. Das Harnblasenepithel des Naulwurfs wurde elektronenmikroskopisch untersucht. Bei bestimmten Tieren finden sich in den Intermedi~rzellen ,,matrixreiche" Riesenmitochondrien. Diese giesenmitochondrien scheinen aus normalen Mitochondrien her- vorzugehen und enth~lten verschieden geformte Einschliisse. Andere Organe und Zellen bei Maulwiirfen mit Riesenmitochondrien in den Intermedi/irzellen des Harnblasenepithels weisen normale Mitoehondrien auf. Es handelt sich demnaeh hier um eine sog. ,,Mitochondriose der Intermedi~rzellen". Bedeutung, Bildung und Abbau der Riesenmitochondrien werden dis- kutiert.

Einleitung S t r u k t u r und F u n k t i o n des Ubergangsepi the ls s ind in mehrfaeher Hins ich t

n ieht rest los gekl/ tr t : so lieg sieh t ro tz e ingehender e lek t ronenmikroskopischer Un te r suchungen (Walker , 1960 ; Leeson, 1962 ; P e r r y und Amon, 1966 ; Hicks et al., 1969 ; S taehel in et al., 1972) auger dem J u n c t i o n s - K o m p l e x (Koss, 1969 ; di Bona et al., 1970) kein morphologisches Aqu iva len t f inden, das als Barr ie re gegen die Wasse rpe rmea t ion gel ten kSnnte . Nachdem P e t r y nnd A m o n (1966) gefunden haben, dab das l~bergangsepi thel ein einsehichtiges mehrreihiges Ep i the l dars te l l t , wurden besonders die einzelnen Zellformen, Basal- , Intermedi/~r- und Superfizial- zellen (Walker, 1960) mi t ihren Verb indungen und ih rem Verh/~ltnis zur Sub- mucosa (Amon und Sangak , 1967) sowie die H e r k u n f t und F u n k t i o n der apika]en Ze l lmembran (Staehel in et al., 1972; Chlapowski et al., 1972) erforscht .

Von In teresse ist, dab im Ubergangsep i the l , ,mi tochondr ienre iche" Zellen v o r k o m m e n (Ferguson und Heap , 1970), deren E n z y m m u s t e r in auff/~lliger Weise dem der d is ta len Nie ren tubu lusze l l en / ihne l t (Marry und Guinness, 1964). Bei der Fo r t s e t zung unserer Unte r suchungen am U r o g e n i t a l t r a k t des Maulwurfs (Aumfil- ler und Seh/£fer, 1972; Aumii l ler , 1972) fielen uns im l~bergangsepi thel der Maul-

28 Z. Zellforsch., Bd. 137

422 G. Aumfiller und W. G. Forssmann: Riesenmitochondrien im Obergangscpithel

wuffsharnblase in best immten F~llen ungew6hnlich zahlreiche Riesenmitochon- drien aaf, fiber die im folgenden berichtet wird.

I m Gegensatz zu mehreren Beschreibungen von Riesenmitochondrien mit ver- mehrten Cristae (Merker et al., 1968 ; Fain-Maurel und Cassier, 1969 ; Ratclfffe und King, 1969; Sengel und Stoebner, 1970) handelt es sich im vorliegenden Falle um ,,matrixreiche" t%iesenmitochondrien, wie sie yon Thoenes (1966) im Tubulus- epithel der menschlichen Niere beim nephrotischen Syndrom beobachtet wurden.

Material und Methoden

Maulwiirfe (Talpa europaea, L., Insectivora), wurden nach Amytal-Narkose (1,0ml 0,3% Amytal i. 10.) und Thoraeotomie fiber die Aorta ascendens cntsprechend der Methode yon Forssmann (1969) nach Leerspfilen des Gef~13systems mit 3% Glutaraldehyd in 0,1 M Phosphatpuffer pH 7,3 pcrfusionsfixiert. Nach Entnahme und Zuschneiden verschiedener Organe wurde im gleichen Puffer mehrfach gespfilt, nach Millonig (1961) nachfixiert, in stei- genden Alkoholkonzentrationen und Propylenoxid entw~sscrt und in Epon 812 (Luft, 1963) eingebettet. Semidfinnschnitte (0,5--1,0 ~zm) wurden mit Glasmessern an einem Sorvall 1VIT-1 Porter-Blum-Mikrotom hergestellt und mit Toluidinblau-Pyronin nach Ito und Win- chester (1963) gef~rbt. Ultradfinnschnitte erhielten wit am LKB Ultrotome III, kontr~- stierten sie mit Bleicitrat nach Reynolds (1963) und 4 % Uranylacetat nach und untersuchten sie an den Elektronenmikroskopen EM 9 und EM ]0 yon Zeiss. (Ein Prototyp des E)/I 10 yon Zeiss wurde uns dankenswerterweise zur Erprobung und Verffigung aufgeste]lt.)

Befunde

Bei den yon uns untersuehten 12 Maulwiirfen konnten lediglich bei 2 der m~tnnliehen Tiere die vorgelegten Befunde erhoben werden. Die fibrigen 10 Maul- wfiffe zeigten ,,Iqormalbefunde" des Harnblasenepithels.

a) Feinstruktur des Ubergangsepithels

Die recht muskul6se Harnblase des Maulwurfs ist yon einer grob gefalteten Mucosa mit einer schmhchtigen Submucosa ausgekleidet. Auff~llig sind bier sehr zahlreiche Mastzellen. Der deutlich ausgepr~gten Basalmembran sitzt das ca. 0,25 m m dieke, mehrreihige, aus Basal-, Intermedi~r- und Superfizialzellen be- stehende ~bergangsepithel auf (Abb. 1).

Die Super/izialzellen besitzen in der Regel einen, stellenweise auch zwei Kerne. Diese sind unregelm~l~ig geformt, chromatinarm und yon wenig Ergastoplasma und l~nglich ovalen bis runden Mitochondrien umgeben. Supranukle~r liegen ein meist kr~ftig ausgebildeter Golgi-Apparat, lockeres rauhes und vesikul/~r-tubu- lares agranul~res endoplasmatisehes Reticulum sowie vereinzelt Lysosomen und Multivesieul~rkSrper (Abb. 2a). Charakteristisch sind die Strhnge yon Mikrofi- brillen (Abb. 2 b, e) und wenige Mikrotubuli (Abb. 2 c). Aul~er m~l]ig elektronen- dichten, rundlichen Granula finden sich die aus einer typischen asymmetrischen Membran zusammengesetzten lenticul~ren, halbmondfSrmigen oder fusiformen Vesikel, die den asymmetrischen Membranplaques der apikalen Zellmembran entsprechen (Abb. 2a, b). Benachbarte Zellen sind fiber Junctions-Komplexe und seltene interdigitierenden Forts~tze miteinander verbunden (Abb. 2 b, c).

Die anniihernd zylindrisehen Intermediiirzellen lassen sich schematisch in drei Abschnitte gliedern: der durch sehr zahlreiche, tells kurze, tells reeht lange finger- fSrmige Fortsi~tze mit Naehbarzellen verzapfte basale Abschnitt enth~lt ein gut ausgebildetes endoplasmatisches Reticulum, im vorliegenden Falle stark poly-

Abb. 1. Obersicht fiber das Uberg~ngsepithel der Muulwuffsh~rnblase bei einem Tier mit Riesenmitoehondrienbildung in den In*ermedi~rzellen. Unten Capillare (Ca) mit subepi- theli~lem Bindegewebe (Bg), das mehrere Zellen enth~lt (BgZ); Basalmembran durch Pfeile gekennzeiehnet. Im Epithel erkennt man Basalzellen (Bz), Intermedi~rzellen (Iz) und Super- fizi~lzellen (Sz). Riesenmitochondrien teilweise vom kleineren, cristareiehen Typ (Sternehen) ; besonders groBe Riesenmitochondrien (Rm) liegen meist ~pikal vom etwa gleiehgrol~en

Zellkern (N). Vergr. 4300mal

28*

424 G. Aumfiller und W. G. Forssm~nn:

Abb. 2~--d. Strukturelemente normaler und riesenmi~ochondrienh~ltiger Epithelzellen der Maulwurfsharnblase. ~ Apikaler Zellpol einer Superfizi~lzelle aus dem Uberg~ngsepithel der Maulwurfsharnblase mi~ kr~ftigem Golgi-Apparat (Go), Vesikeln (V), Lysosomen (Ly) und Multivesikul~rkSrper (My). Vergr. 26000real. b Mitochondrien (Mi), fusiforme Vesikel (P~eile), Mikrofil~mente (11I]) und Junctionskomplex (JC) einer Superfizialzelle. Vergr. 27400mal. c Mikrofilamentbfindel (M/) und Mikro~ubuli (Mr) in einer Superfizialzelle. Oben inter- digitierende, mit Desmosomen versehene Zellfor~s~tze. Vergr. 26100m~I. d Polymorphe Mitochondrien (Mi) in einer Intermedi~rzelle mit AnschluBstellen an das rauhe endopl~sma-

tische Reticulum (Pfeil). Vergr. 18000mal

Riesenmitochondrien im Ubergangsepithel 425

morphe Mitochondrien unterschiedlieher GrS[~e und ein oder manchmal zwei Dietyosome (Abb. 2d, 5a). l)ber diesem Abschnitt ]iegt die Kernzone mit einem rundliehen oder eingedellten, grol~en ehromatinreiehen Kern, der stets ein oder zwei netzige grol~e Nucleolen aufweist. Supranuklegr finden sich unterschiedlieh lange Membranprofile yon rauhem endoplasmatischen Reticulum, freie Ribosomen und weitere Anteile des Golgiapparats. Die spgrlichen, unterschied]ieh groBen, runden und stark massendichten Granula (Abb. 5a) bestehen mSglieherweise aus Glykoproteinen, die im Golgiapparat gebildet werden.

Die Basalzellen sind dureh ihr helles, mit Glykogen dieht durchsetztes Cyto- plasma (Abb. 5b), den grol~en runden chromatinreichen Kern und die Armut an Zellorganellen gekennzeiehnet. Aul3erdem enthalten sie zahlreiche runde Ein- sehliisse (Abb. 5a, b).

Zus~tzlieh linden sieh eingewanderte Ze]len, meist Mastzellen, im Epithel, die yon IntermediS, rzellen und Superfizialzellen ]eicht, yon den Basalzellen manchmal sehwieriger abzugrenzen sind.

b) M itochondriengarnitur der Intermedigrzellen

Die l~iesenmitochondrien liegen nach unseren bisherigen Ergebnissen in den Intermedii~rzellen der Harnblasenschleimhaut (Abb. 1). S~mtliche anderen unter- suchten Gewebe (Hoden, Nebenhoden, Prostata, Magen, Duodenum, Sigmoid, Pankreas und Nebenniere) enthielten zwar ausnahmsweise grSl3ere Mitochondrien als bei sog. ,Normalt ieren", jedoeh niema]s ausgesprochene Riesenmitoehondrien.

Man l~Snnte daher yon einer ,,Mitochondriosc der Intermedii~rzellen" des Uber- gangsepithels sprechen. Die rundlichen bis li~nglichen Mitochondrien der Super- fizial- oder Basalze]len messen durchschnittlich 1 ~m, hi~ufig weniger und ent- halten pro Anschnitt ffinf his zehn Crista-Profile. In den Intermedi£rzellen finden sich hingegen Mitochondrien mit maximaler Liinge yon ca. 12 ~m. Sie enthalten meist wenig Cristaprofile (Abb. 1, 3 a-d).

Diese l~iesenmitochondrien im basalen Zellabschnitt der Intermedii~rze]len, der durch ihre groBe Zahl h~ufig aufgetrieben wird, sind meist kleiner als im apikalen Zellteil. Ihre Matrix ist homogen und enth~lt mit zunehmender GrSl~e weniger Cristae. Die Vielfalt der Formen dieser Mitochondrien ist erstaun]ich.

Recht h~ufig sieht man sehr enge Beziehungen der Mitochondrien zum um- gebenden endoplasmatiscben l~eticulum, dessen Membranen ~nscbeinend kon- tinuierlich in die £uBere Mitochondrienmembran iibergeht (Abb. 2d). Hi~ufig legen sich auch Ergastoplasmalamellen tangential oder circular der i~ul~eren Mitochondrienmembran an. Zu den fibrigen Ze]lorganellen besteht kein regel- mi~l~iger r£umlicher Zusammenhang.

Die supranukle~r ]iegenden t~iesenmitoehondrien sind meist grSl~er und be- dingen durch ihr, oft den Ze]lkern noch fibertreffendes Volumen eine umgekehrt konische Form der Zellen (Abb. 1, 3a-d, 4a). Abgesehen yon den noch zu be- schreibenden Einsehlfissen entsprieht ihre Matrix der der basal liegenden Riesem mitochondrien hinsichtlich Elektronendiehte und Homogeniti~t. Die Zahl und L~nge der Cristae schwankt jedoch in noch st~rkerem Mal~e. Manchmal sind die Cristae an umschriebenen Matrixabsehnitten dichter und entsprJngen kammartig zu mehreren vom l~ande der Mitochondrien (Abb. 3a, 4c). Stellenweise fehlen

Abb. 3a- -d . l~iesenmitochonch'ien aus Intermedi~rzellen mit verschiedenen Einschlfissen. a Chromatinghnliche Scheekung (Pfeile) der NIa~rix, wenige Cristae (C). Vergr. 13000real. b l~unde, vakuolenartige Einschl/isse mit elektronendichten KSrnchen (Pfeile) oder mit auf- gelockertem Material (Doppelpfeil). Vergr. 8100raM. c Zahlreiche vakuolige Einsehliisse (Pfeile), rundlicher EinsehluBk6rper (Doppelpfeil) sowie Cristae (C). Vergr. 8100real. d Runde, helle Vakuole (Pfeil) sowie zahlreiche geschwollene Cristae (Doppelpfeile). Vergr. 9600real

Abb. 4~--d. Strukturen aus mitoehondrienhaltigen Intermedi~rzellen. a Keulenf6rmiges I~iesenmitoehondrion, das fiber einen Stiel mit dem Anteil eines annghernd normMen Mito- ehondrion (Mi) verbunden. Vergr. 4500mM. b Stgrkere Vergr6gerung des gleiehen FMles mit der tJbergangszone (Pfeile). Vergr. 26000mM. e Riesenmitoehondrion mit k0~mmartig an- geordneten Cristae (C). Vergr. 28000mal. d Riesenmitoehondrion bei schwacher Vergr6gerung mit floekig aufgel6ster ~at r ix . Es sind nur noeh wenige Cristae (U) und ein ~adenf6rmiger

EinschluB (Pfeil) zu erkennen. Vergr. 5200real

428 G. Aumiiller und W. G. Forssmann:

Abb. 5a--e . Anschnitte aus Basalzellen und IntermediErzellen im riesenmitochondrien- haltigen Epithel. a Intermedii~rzelle mit polymorphen kleinen Riesenmitochondrien (Rm), entwickeltem Golgi-Apparat (Go) und Granula (Gr.). Rechts Basalzelle (Bz) mit groBen dunklen Granula. Vergr. 8100real. b Basalzelie mit Granula (Gr), Mitochondrien (Mi), Dic- tyosom (D), Zentriolen (Z) und Glykogenpartikeln (Pfeile). Vergr. 21500mal. c Lipofuscin- k6rper bzw. Residuallysosome einer IntermediErzelle. Vergr. 9000real. d Parakristalline

S~rukturen (Pfeile) zwischen kleineren ~iesenlnitochondrien (Rm). Vergr. 17600real

l~iesenmitochondrien im t~bergangsepithel 429

Cristae vollst/~ndig. Gelegentlieh liegen auch kurze Cristaeres~e oder langgezogene rankenartige Gebilde der Cristae mehr zentral (Abb. 3 a-d).

Die gugere Form dieser matrixreiehen Riesenmitoehondrien ist relativ ein- heitlieh : es herrsehen 1/~ngsovale und mitraffrmige Umrisse vor (Abb. 3 a-d). Fast durehweg enthalten die Riesenmitochondrien verschiedenartige

Einsehlfisse

1. Finden sieh Einsehlfisse, die wie gesehwollene Cristae aussehen. Diese kom- men seltener vor (Abb, 3 d) und bilden membranbegrenzte, polymorphe Rgume ohne Inhalt.

2. Beobaehtet man ehromosomenghnliehe Verdiehtungen der Matrix (Abb. 3a). Meist liegen die seheekigen Verdiehtungen fiber die gesamte Matrix verstreut.

3. Kommen runde Einsehlfisse vor. Die runden Einsehlfisse sind wieder yon einer Membran umgrenzt. Sie sind teilweise homogen elektronendieht (Abb. 3 e), vakuolig mit elektronendiehten Kfrperehen geffillt (Abb. 3b) oder vakuolig mit floekigem Inhalt (Abb. 3 b, d).

c) Entstehung und Abbau der Riesenmitochondrien

Ffir ein progredientes, vorzugsweise naeh apikal gerichtetes Waehstum der Riesenmitoehondrien der Intermedigrzellen des Ubergangsepithels der Maul- wurfharnblase spricht, dab sieh aus Mitochondrien des basa]en Absehnittes der Intermedigrzelle fiber ein Art Stiel kolbenfSrmige Protrusionen zu giesenformen aufblghen (Abb. 4a, b). Die basalen Anteile dieser ausgesproehenen Riesenmito- ehondrien ghne]n noeh weitgehend normalen Mitoehondrien mit reichliehen Cristae und einer gleiehmgBigen Matrix (Abb. 4b), wghrend der apikale Teil das eigent- liehe l~iesenmitoehondrion darstellt (Abb. 4 a). Gelegentlich kann man feststellen, dab die runden floekigen Aufhellungszonen in der Mitoehondrienmatrix sieh welt ausdehnen kfnnen. Manehe Mitochondrien schlieg]ieh zeigen eine floekige Auf- he]lung der Matrix, die allmghlich vollstgndig in einen vakuoligen Einsehlug fiber- geht (Abb. 4 d). Die t~iesenmitochondrien enthaltenden Intermedi/~rzellen weisen immer wieder lysosonale Einsehlfisse auf (Abb. 5 c, d), die mSg]ieherweise mit dem Mitochondrienabbau in Beziehung stehen.

Als weiterer Befund sind parakristalline Einsehlfisse zu erw/~hnen, die bislang nur in Intermedigrzellen zu beobaehten waren, in denen sieh aueh Riesenmito- ehondrien linden (Abb. 5e).

Diskussion

Elektronenmikroskopische Untersuchungen fiber das ~bergangsepithel der Mauiwurfharnblase liegen, soweit wit sehen, nicht vor. Dies ist um so erstaunlicher, als bekannt ist, dab Maulwiirfe einen auBerordentlich konzentrierten Urin aus- seheiden. Da wir bisher nur wenige Maulwfirfe untersuehen konnten, ist eine defi- nitive Aussage fiber Hgufigkeit bzw. Regelmggigkeit der Intermediarzell-Mito- ehondriose noch nicht mfglich. Vorlgufig sind die folgenden Erklgrungen zur Bil- dung dieser giesenmitoehondrien denkbar: zum einen kSnnten regelm/~Big auf- tretende Riesenmitoehondrien eine Funktion des Wasser- und Ionentransportes bei dem enorm hypertonisehen Urin erffillen. Andererseits kfnnte eine ursgehliehe

430 G. Aumfiller und W. G. Forssmann:

Beziehung zu der persistierenden Testosteron-Produktion bestehen. Im Gegensatz zu frfiheren Beobaehtungen (Aumfiller und Sch/~fer, 1972), dab im Anschlul3 an die Fortpflanzungsperiode die Leydigschen Zwischenzellen ihre Steroidproduktion einste]len, zeig~e sich, dab beim Maulwurf mit Riesenmitochondrien in der t tarn- blasenmucosa die interstitiellen Zellen ultrastrukturell alle morphologischen ~qui- valente einer hochaktiven Steroidsynthese aufweisen (Aumfiller, unverSff. Befunde).

Aueh bei anderen Species wurden morphologische Besonderheiten der Mito- ehondrien des Ubergangsepithels bisher nicht bekannt. Lediglich Heap und Ferguson (1970) haben im l~bergangsepithel der KrSte ,,mitochondrienreiche Ze]len" besehrieben, die wohl den Intermedi/~rzellen anderer Species entsprechen. Die im Urogenitalsystem auftretenden Mitochondrien-Einsehlfisse (Suzuki und Mostofi, 1968; Ebe et al., 1968; Yamamoto et al., 1969) werden yon den Autoren als sicher pathologiseh gedeutet und dfirften keinc Beziehungen zu den Ein- schlfissen der l~iesenmitochondrien besitzen.

Aus der Literatur sind eindeutige Belege fiber die physiologische oder patho- logische Bedeutung yon Riesenmitochondrien nicht zu erhalten. So beobachteten Fain-Maurel und Cassier (1969) pleomorphe, vorzugsweise als Riesenformen auf- tretende Mitochondrien in den Corpora allata von Locusta migratoria, die sich dureh die Aufhellung der Matrix und Vermehrung der Cristae auszeichnen und braehten sie mit der Sesquiterpen-Synthese (des Juvenilhormons) in Verbindung. Bei einem anderen Insekt hingegen, Nasomia vitripennis, treten erst nach Nah- rungskarenz in der S/~uredrfise l~iesenmitochondrien mit vermehrten Cristae auf (Ratcliffe und King, 1969), die als Anpassungsformen an den Energiemangel ge- deutet werden. Insbesondere der enge Zusammenhang yon Cytoplasma- und Mitoehondrienmembran stellt naeh diesen Autoren einen Kompensationsmecha- nismus dar, um die Mitochondrien mit g]ykolysierbaren Substraten aus dem um- gebenden Cytoplasma und den eigenen Strukturkomponenten zu versorgen.

H/~ufiger bzw. regelm/~13iger scheinen cristareiche l~iesenmitochondrien im menschlichen Uterusepithel vorzukommen (Merker, Kloss und Herbst, 1968; Sengel und StSbner, 1970, Lit. !) meist zu Beginn der Sekretionsphase. W~hrend Merker et al. (1968) die dabei zu beobaehtenden filament/~ren Einsch]/isse als RNS ansehen, sprechen Sengel und StSbner (1970) yon Mikrotubuli und werten die Crista-Vermehrung als morphologisch fal3bare Intensit~tssteigerung der oxida- riven Phosphorylierung, m. a. W., als funktionelle Anpassung an den gesteigerten Energiebedarf der Zelle.

Eindeutig pathologiseh sind die yon B6zner et al. (1969) naeh Thiaminmangel zu beobachtenden Riesenmitochondrien der tIerzmuskulatur, die nach Substi- tution zu myelin~hnlichen Figuren zusammenfliel~en (vgl. Faller, 1972).

Ahnliche Formen treten auch in der Iterzmuskulatur yon Hunden mi~ Aorten- stenose auf (Wollenberger und Schulze, 1961). In der Leber kommt es nach Proteinmangel (Svoboda und Itugginson, 1964), Vitaminmangel (Tandler et al., 1968 ; Sheldon und Zetterquist, 1956; Gautier et al., 1960) und Alkoholintoxikation (Porta et al., 1965; Szanto et al., 1965) ebenfalls zu Mitochindriensch~den und zur Bildung yon Riesenmitochondrien.

Gemeinsames Charakteristikum aller dieser Riesenmitochondrien sind die Vermehrung der Cristae, die Aufhellung der Matrix und das Vorkommen von

Riesenmitoehondrien im ~bergangsepithel 431

Einschlfissen. Im Gegensatz dazu bezeichnet Thoenes (1966) die in Biopsie- material (bei einer nephrotischen Niere) aufgefundenen Riesenmitochondrien als ,,matrixreich", da diese Riesenformen aufgrund einer excessiven Vermehrung der Mitochondrienmatrix zustandekommen. Auch die iibrigen Merkmale wie Ein- schlfisse, Verhi~ltnis der Crista-Zahl zur Matrix und Crista-Form stimmen mit den vorliegenden I~iesenmitochondrien fiberein. Da hier ebenfalls alle Gr6Benklassen yon Mitochondrien nebeneinander vorkommen, m6chten wir diese Intermedii~rzell- Mitochondriose ebenfalls ,,a]s Teflerscheinung einer umfassenden Reaktion des Zellchondrioms" (Thoenes, 1966) ansehen.

Wenngleieh den Mitoehondrien nach Wallace et al. (1968) als Zellorganellen eine gewisse Autonomie in der l~egulierung ihrer Zahl zukommt, die m6g]icher- weise in der mitoehondrialen, kernunabh/~ngigen DNS fixiert ist (Neubert, Helge und Merker, 1968) und die die Mitoehondrien zur Proteinsynthese bef/ihigt (Ber- geron und Droz, 1969), bleibt das Zellorganell doch aueh auf Protein- und Phos- pholipid-Zulieferung (Sauner und Lury, 1971) aus dem fibrigen Cytoplasma ange- wiesen. Dies kann unter Umst~tnden fiber direkte Ansehlfisse der Mitochondrien an Ergastoplasmacisternen erfolgen (Ruby et al., 1969).

Ffir die Neubildung yon Mitoehondrien (Ubersieht s. Wohlfarth-Bottermann, 1966; Roodyn und Wilkie, 1968 ; Stang-Voss und Staubesand, 1970) liegen mehrere Modelle vor, die hier nieht im einzelnen er6rtert werden sollen. Ffir die Riesen- mitoehondrien, die ja die Ausnahme darstellen, dfirften ohnehin besondere Ver- h~ltnisse gelten. Im vorliegenden Material sieht man stellenweise terminale Erweiterungen des endoplasmatisehen Reticulum, das aneh bei den grfBeren Formen noch sehr enge r/~umliehe Beziehungen zur/~ugeren Mitochondrienmem- bran aufweist. Es kann daher eine cytoplasmatisehe Entstehung nieht ausge- schlossen werden.

Ebenso schwierig ist die funktionelle Dentung. Immerhin ist klar, dal~ die innere Organisation der Mitoehondrien, also die Kompartimentierung in innere und/~uBere Membran mi~ untersehiedlichem Enzymprofil, Verh/iltnis von Cristae zu Matrix usw., Ausdruek einer funktionellen Gliederung sind (s. Sj6strand und Barajas, 1970; Sottoeasa et al., 1967; Yotsunayagi, 1962). Abgesehen yon Fixie- rungsartefakten und l~berlagernngseffekten (Daems und Wisse, 1966) zeigen die Mitochondrien neben ihrer zelltypischen Struktur verschiedene Konformationen (Itackenbroch, 1966; le Beux, 1969), die genau determinierten Fnnktionszu- sti~nden znzuordnen sind (Itaekenbroeh nnd Caplan, 1969; Haekenbroeh, 1972).

Die im vorliegenden Fall selektiv in den Intermedigrzellen der Maulwurfsharn- blase auftretenden pleomorphen, matrixreiehen Riesenmitoehondrien k6nnen daher als funktionelle Anpassung an Ereignisse oder Zust/inde innerhalb des Organismus aufgefagt werden, fiber deren pathologisChe oder physiologische Natur bisher noch keine, fiber die reine I-Iypothese reiehende Aussage gemacht werden kann.

Literatur

Amon, H., Sangak, B. : Vergleichend-morphologische Untersuchungen fiber die subepithelialen Bindegewebslagen der Harnblase. Anat. Anz. 121, 349- 358 (1967).

Aumfil!er, G. : ~ber siMomueinproduzierende Zellen der Prostata. Verh. Anat. Ges., 67. Vslg., Kfln (1972) (im Druck).

432 G. Aumiiller und W. G. Forssmann:

Aumiiller, G., Sch~fer, A. : Histochemie und Feinstruktur der Zwischcnzellen des Maulwurf- hodens (Talpa europaea L., Insectivora, Mammalia) w~hrend der Abklingphase der Spermiogenese. Acta histochem. (Jena) 48, 235--253 (1972).

Bergeron, M., Droz, B. : Protein renewal in mitochondria as revealed by electron microscope radioautography. J. UI~rastruct. Res. 26, 17---30 (1969).

B6zner, A., Knieriem, t t . -J . , Meessen, It., Reinauer, H. : Die Ultrastruktur und Biochemie des tterzmuskels der Rat te im Thiaminmangel und nach Gabe yon Thiamin. Virchows Arch. Abt. B, 2, 125--143 (1969).

Chlapowski, F. J. , Bonneville, M. A., Staehelin, L. A. : Lumenal plasma membrane of urinary bladder. II . Isolation and structure of membrane components. J. Cell Biol. 53, 92--104 (1972).

Daems, W. Th., Wisse, E. : Shape and attachment of the cristae mitochondriales in mouse hepatic cell mitochondria. J. Ultrastruct. Res. 16, 123--140 (1966).

Di Bona, D. 1~., Civan, M. M. : The effect of smooth muscle on the intercellular spaces in toad urinary bladder. J. Cell Biol. 46, 235--244 (1970).

Ebe, T., Kobayashi, S., ¥amamoto, T. : Intramitochondrial inclusion bodies in the urinary epithelium of striped snake (Elaphae quadrivirgata). J. Electronmicr. 14, 203--209 (1965).

Fain-Maurel, M.-A., Cassier, P.: Pl~omorphisme mitochondrial dans les corpora allata de Locusta migratoria migratoides (R. et F.) au cours de la vie imaginale. Z. Zellforsch. 102, 543--553 (1969).

Faller, A. : B1-Avitaminose als mSglicher Faktor einer Mitochondrienquellung. Verh. Schweiz. Anat., 35. Tagg. Bern, Acta anat. (Basel) 82, 454---472 (1972).

Ferguson, D. R., Heap, P. F. : The morphology of the toad urinary bladder: a stereoscopic and transmission electror~ microscopical study. Z. Zellforsch. 109, 297--305 (1970).

Forssmann, W. G. : Preparation biologischer Gewebe f/it die Elektronenmikroskopie. I. Fixa- tion. Seminar ffir Elektronenmikroskopie, Technische Akademie Esslingen (1969).

Gautier, A., Frei, J. , Ryser, H. : Essais d'estimation quantitative des variations morpho- logiques des mitochondries h6patiques au cours d'une carence vitaminique. IV. Int. Kongr. Elektronenmikroskopie, Berlin, 1958. Berlin-G5ttingen-Heidelberg: Springer 1960.

Hackenbroch, C. R.: Ultrastructural basis for metabolically linked mechanical activity in mitochondria. I. Reversible ultrastructural changes with changes in metabolic steady state in isolated liver mitochondria. J. Cell Biol. 30, 269--297 (1966).

Hackenbroch, C. R. : Energy-linked ultrastructural transformations in isolated liver mito- chondria and mitoplasts. J. Cell Biol. ~3, 450--465 (1972).

Hackenbroch, C. R., Caplan, A. J. : Ion-induced ultrastructural transformations in isolated mitochondria. The energized uptake of calcium. J. Cell Biol. 42, 221--234 (1969).

Hicks, 1%. M. : The fine structure of the transitional epithelium of rat ureter. J. Cell Biol. 26, 25--48 (1965).

Koss, L. G. : The asymmetric unit membrane of the epithelium of the urinary bladder of the rat. An electron microscopic study of a mechanism of epithelial function and matu- ration. Lab. Invest. 21, 154--168 (1969).

Le Beux, ¥ . , Hetenyi, G., Jr. , Phillips, M. J . : Mitochondrial myelin-like figures: a non- specific reactive process of mitochondrial phospholipid membranes to several stimuli. Z. Zellforsch. 99, 491--506 (1969).

Leeson, C. R. : Histology, histochemistry and electron microscopy of the transitional epi- thelium of the rat urinary bladder in response to introduced physiological changes. Acta anat. (Basel) 48, 297--315 (1962).

Luft, J . It . : Improvements in epoxy resin embedding methods. J. biophys, biochem. Cytol. 9, 409--414 (1961).

Marry, A. J. , Guinness, F. E. : The histochemistry of the urinary bladder of the toad Bu/o bu/o in relation to hormonal studies. J. Anat. (Lond.) 98, 271--276 (1964).

Merker, I-I. J. , Herbst, R., KIoss, K.: Elektronenmikroskopisehe Untersuchungen an den Mitochondrien des menschlichen Uterusepithels w~hrend der Sekretionsphase. Z. Zell- forseh. 86, 139--152 (1968).

Riesenmitochondrien im ~ergangsepi the l 433

Millonig, G.: Advantages of phosphate buffer for OsO 4 solutions in fixation. J. appl. Phys. 32, 1637 (1961).

Neubert, D., Helge, H., Merker, H. J . : Biosynthesis of mammalian mitochondrial RNA. In: Biochemical aspects of the synthesis of mitochondria, p. 251--263. Bari: Adriatica editrice 1968.

Perry, G., Amon, H.: Licht- und elektronenmikroskopische Studien fiber Struktur und Dynamik des Ubergangsepithels. Z. Zellforsch. 69, 587--612 (1966).

Porta, E. A., Hartroft, W. S., De la Igliera, F. X. : Hepatic changes associated with chronic alcoholism in rats. Lab. Invest. 14, 1437--1455 (1965).

Ratcliffe, N. A., King, P. E. : Ultrastructural changes in the mitochondria of the acid gland of Nasonia vitripennis (Walker) (Pteromalidae: Hymenoptera) induced by starvation. Z. Zellforsch. 99, 459--468 (1969).

Reynolds, E. S. : The use of lead citrate at a high pH as an electron-opaque stain in electron microscopy. J. Cell Biol. 17, 208--212 (1963).

Roodyn, D. B., Wilkie, D. : The biogenesis of mitochondria. London: Methuen 1968. Ruby, J. R., Dyer, R. F., Skalko, R. G. : Continuities between mitochondria and endoplasmic

reticulum in the mammalian ovary. Z. Zellforsch. 97, 30--37 (1969). Sauner, M.-Th., L6vy, L.: Study of the transfer of phospholipids from the endoplasmic

reticulum to the outer and inner mitochondrial membranes. J. Lipid Res. 12, 71--75 (1971).

Sengel, A., Stoebner, P. : Ultrastructure de l'endombtre humain normal. II. Les glandes. Z. Zellforsch. 1O9, 260--278 (1970).

Sheldon, IX., Zetterquist, IX. : Experimentally induced changes in mitochondrial morphology; vitamin A deficiency. Exp. Cell Res. 10, 225--228 (1956).

SjSstrand, F. S., Barajas, L. : A new model for mitochondrial membranes based on structural and on biochemical information. J. Ultrastruct. Res. 82, 293--306 (1970).

Sottocasa, G. L., Kuylenstierna, B., Ernster, L., Bergstrand, A.: An electron-transport system associated with the outer membrane of liver mitochondria. A biochemical and morphological study. J. Cell Biol. 82, 415--438 (1967).

Staehelin, L. A., Chlapowski, F. J., Bonneville, M. A.: Luminal plasma membrane of the urinary bladder. I. Three-dimensional reconstructions from freeze-etch images. J. Cell Biol. 58, 73--91 (1972).

Stang-Voss, C., Staubesand, J. : Ober die Neubildung yon Mitochondrien: Elektronenmikro- skopische Untersuchungen an Spermatiden yon Eisenia/oetida (Annelidae). Z. Zellforsch. l l l , 127--142 (1970).

Suzuki, T., Mostofi, F. K. : Intramitochondrial filamentous bodies in the thick limb of Henle of the rat kidney. J. Cell Biol. 88, 605--632 (1967).

Svoboda, D. J. , Higginson, J . : Ultrastructal changes produced by protein and related defi- ciencies in the rat liver. Amer. J. Path. 45, 353--379 (1964).

Szanto, P. B., Steigman, F., Pamukcu, F., Friedman, T., IXandok, R. : Alcoholic hepatitis in delirium tremens. In: Advances in hepatology, p. 288--294. Basel u. New York: Karger 1965.

Tandler, B., Erlandson, R. A., Wynder, E. L.: Riboflavin and mouse hepatic cell structure and function. Amer. J. Path. 52, 69--96 (1968).

Thoenes, W.: ~ber matrixreiche Riesenmitochondrien. Elektronenmikroskopische Beob- achtungen im Tubulusepithel der menschlichen Niere bei nephrotischem Syndrom. Z. Zellforsch. 75, 422~433 (1966).

Volk, T. L., Scarpelli, G. D.: Mitochondrial giantism in the adrenal cortex following hypo- physectomy. Lab. Invest. 15, 707--721 (1966).

Walker, B. E. : Electron microscopic observations on transitional epithelium of the mouse urinary bladder. J. Ultrastruct. Res. 8, 345--361 (1960).

Wallace, P. G., Huang, M., Linnane, A. W. : The biogenesis of mitochondria. I. The influence of medium composition on the cytology of anaerobically grown Saccharomyces cerevisiae. J. Cell Biol. 87, 207--220 (1968).

Wilson, J. W., Leduc, E. IX. : Mitochondrial changes in the liver of essential fatty acid defi- cient mice. J . Cell Biol. 16, 281--296 (1963).

434 O. Aumfiller und W. G. Forssmann: Riesenmitochondrien im L?bergangsepithel

Wohlfarth-Bottcrmann, K. E. : Morphologische Aspckte der Mitochondrienvermehrung. In: Probleme der biologischen Reduplikation (ed. P. Sitte). Berlin-Heidelberg-Hew York: Springer 1966.

Wollenberger, A., Schulze, W. : Mitochondrial alterations in the myocardium of dogs with aortic stenosis, g. biophys, biochcm. Cytol. 10, 285--288 (1961).

Yamamoto, T., Ebe, T., Kobayashi, S.: Intramitochondrial inclusions in various cells of a snake (Elaphae quadrivirgata). Z. Zellforsch. 99, 252--262 (1969).

¥otsun~yagi, Y. : Etude sur le chondriome de l~ levure. I. Variation de l 'ultrastructure du chondriome au course du cycle de la croissance a6robie. J. Ultrastruct. Res. 7, 121--140 (1962).

Dr. med. G. Aumiiller Prof. Dr. med. W. G. Forssmann Anatomisches Insti tut der Universit~Lt D-6900 Heidelberg Brunnengasse 1 Bundesrepublik Deutschland