Der einfluß von nahrungsentzug auf die ultrastruktur der hepatocyten von Hemidactylus frenatus (Lacertilia: Gekkonidae) mit besonderer berücksichtigung der peroxisomen

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AnnALS or AnATOMY

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Der Einflll8 von Nahrungsentzug auf die Ultrastruktur der Hepatocyten von Hemidactylus frenatus (Lacertilia: Gekkonidae) mit besoJUlerer Beriicksiclltigung der Peroxisomen L. de Brito-GitiraDa und V. Storch* Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Ciencias Biomedicas, Laboratorio de Histologia Animal e Comparada, Av. Trompowsky s/n2 , Rio de Janeiro, CEP: 21944-970, Brasilien, und *Zoologisches Institut - Morphologie/Okologie - Universitat Heidelberg, 1m Neuenheimer Feld 230, D-69120 Heidelberg, Deutschland

Zusammenfassung. In der vorliegenden Arbeit wurde die Leber asiatischer Geckos (Hemidactylus frenatus) nach verschiedenen Hungerperioden untersucht. Fur den Nachweis der Leberperoxisomen wurden die Schnitte in alkalischem 3,3'-Diaminobenzidin (DAB)-Medium inkubiert. Als Kontrolle dienten Geckos, die mit lebenden Mehlwiirmern (Tenebrio molitor) gefiittert worden waren. Die Befunde haben gezeigt, daB exogener Hunger bei Hemidactylus frenatus Ultrastrukturveranderungen in den Hepatocyten hervorruft. Nach 7tagigem Nahrungsentzug ist eine starke Abnahme der Hepatocytengrolse, des Glycogengehaltes und der Lipidmenge neben einer Vesikulierung des endoplasmatischen Reticulums (ER) zu beobachten. Bei langer andauerndem Nahrungsentzug (14 und 25 Tage) sind eine ER-Proliferation und eine neue Synthese des Leberglycogens festzustellen. Weiterhin erfolgen Zunahme der Peroxisomenzahl und Clusterbildung, und eine enge raumliche Beziehung zwischen Peroxisomen und Lipidtropfen sowie Peroxisomen und kristallinen Strukturen (25 Tage) findet statt. Die Peroxisomen zeigen nach der cytochemischen Inkubation mit DAB-Medium eine starke Katalaseaktivitat, die auf eine metabolische Aktivitat hinweist. Durch diese Anpassung von Hepatocytenstruktur und -funktion ist der Organismus in der Lage, auch eine langere Hungerperiode ohne irreversible Schadigungen zu uberstehen. Summary. The influence of starvation on hepatocyte ultrastructure of Hemidactylus frenatus (Lacertilia: Gekkonidae) was investigated with special emphasis on Korrespondenz an: V. Storch

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Ann Anat (1998) 180: 193-202 © Gustav Fischer Verlag

peroxisomes. Wall lizards (Hemidactylus frenatus) were sacrificed after different periods of starvation and their livers were processed for standard transmission electron microscopy. Peroxisomes were demonstrated by means of the 3,3'-diaminobenzidine (DAB) cytochemical technique. A control group consisted of individuals which were fed "ad libitum" with Tenebrio molitor larvae. After a 7-day period of starvation the ultrastructural observation of hepatocytes disclosed a marked reduction of glycogen and lipid inclusions associated with fragmentation of the endoplasmic reticulum (ER). In later stages of starvation (14 and 25 days) ER proliferation and partial reconstruction of glycogen aggregations were observed. Increasing numbers of peroxisomes were arranged either in clusters (14 days) or in close association with mitochondria, lipid droplets and elongated crystalloid structures (25 days). Particularly noteworthy is the increasing cytochemical response of these organelles to the DAB reaction, suggesting greater metabolic activity of catalase. These data suggest that morphological and functional plasticity of hepatocytes may contribute to adaptation of Hemidactylus frenatus to prolonged starvation. Key words: Liver - Starvation - Peroxisomes

Einleitung Lebewesen existieren nicht unabhangig und unbeeinfluBt von der AuBenwelt. Gunstige oder ungunstige Umweltfaktoren, z. B. Klima, Ernahrung, Feinde und Konkurrenten wirken auf die korperlichen und verhaltensmalsigen An-

passungen der Lebenwesen ein. Deshalb besteht zwischen den Umweltbedingungen und der Konstitution eines Individuums eine enge Beziehung. Jeder einzelne AuBenfaktor kann in einem Organismus einen bestimmten Effekt hervorrufen, Viele Faktoren konnen miteinander kombiniert wiederum andere Effekte bewirken. Umwelteinfliisse konnen sich auch auf der Ebene der Zelle widerspiegeln (Storch 1985, 1993; Braunbeck und Storch 1989). Dieser Ebene wird in der vorliegenden Arbeit besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Da sich die Leber als ein Organ herausgestellt hat, dessen morphologische Struktur und physiologische Leistungsfahigkeit besonders plastisch auf sich verandernde Umweltbedingungen reagiert (Hunger: Storch et al. 1984; Nahrung: Avila 1986b; Temperatur: Braunbeck et al. 1987, de Brito-Gitirana und Storch 1988, Segner und Braunbeck 1990; Pestizide: Couch 1975, Miguel und de Brito-Gitirana 1998; Schwermetalle: Segner und Storch 1985; diverse organische Schadstoffe: Braunbeck 1993, 1994), wurde in der vorliegenden Arbeit die Histologie der Leber des Geckos Hemidactylus frenatus vergleichend bearbeitet. Daruber hinaus wurde der EinfluB von Nahrungsentzug auf die Leberzellen des Geckos untersucht. Nahrungsmangel und Hunger sind Ereignisse, denen Reptilien auch in ihrem naturlichen Lebensraum ausgesetzt sind. AuBerdem werden Hunger und Wiederfutterung in der experimentellen Pathologie als gut definierbare Versuchsfaktoren vielfach eingesetzt. Die Frage, die hinter derartigen Versuchen steht, ist die nach der Plastizitat von Zellen: Wie verandern sich Zellen unter absolutem Nahrungsentzug? Die Ergebnisse gewahren zugleich einen ersten Einblick in die Leberpathologie der untersuchten Reptilien. Ein anderer Schwerpunkt der Arbeit stellt die Untersuchung der Peroxisomen dar. Peroxisomen konnen mannigfaltige Formen annehmen (Gorgas 1984; Gorgas und Storch 1984; de Brito-Gitirana und Gorgas 1986; Behncke 1987; Yamamoto und Fahimi 1987; Fahimi et al. 1993; Miguel und de Brito-Gitirana 1998). Sie wurden bereits in verschiedenen Geweben und Tiergruppen beschrieben (Hurban und Rechgigl 1969; Bock et al. 1980; Dauca et al. 1982; Zaar 1992; de Brito-Gitirana und Rangel 1995). Uber Reptilien liegen bisher nur wenige Informationen vor. Die vorliegende Arbeit soll weitere Informationen zu den Leberperoxisomen der Reptilien beisteuem. Zusatzlich solI die Plastizitat dieses Organells bei Nahrungsentzug beschriebenen werden.

Material und Methodeo Asiatische Geckos (Hemidactylus frenatus Dumeril & Bibron 1936) wurden fur diese Untersuchung verwendet. Die Haltung erfolgte bei 20°C, und die Tiere wurden in drei Gruppen von je 8 mannlichen Individuen eingeteilt: 1. 7 Tage Nahrungsentzug 2. 14 Tage Nahrungsentzug 3. 25 Tage Nahrungsentzug.

Als Kontrolle dienten Geckos, die mit lebenden Mehlwtirmern (Tenebrio molitor) geftittert worden waren. Die Tiere wurden mit Chloroform betaubt und ventrolateral eroffnet, AnschlieBend wurde zur Perfusionsfixierung eine Mikronadel in den Ventrikel eingeflihrt. Zuerst wurde das Blut mit einer 0,9%igen NaCl-Losung ausgesptilt. Nach zwei Minuten folgte die Fixierung (ca. 10 Minuten) mit 1,5% Glutaraldehyd + 1,5% Formaldehyd in 0,1 M Na-Phosphatpuffer (pH 7,6), der 2,5% PVP (Polyvinylpyrrolidon, Merck, Darmstadt) enthielt. Nach Durchlauf der Fixierungslosung wurde die Leber entnommen, im Fixierungsmittel zerkleinert und 20 bis 30 Minuten bei 4°C weiterfixiert. Danach wurden mittels eines Oxford Vibratoms 6~0 um dicke Schnitte hergestellt und in 0,15 M Cacodylatpuffer aufgefangen. Diese Schnitte wurden in 2,5% Glutaraldehyd in 0,1 M Cacodylatpuffer (pH 7,6), der 4% PVP und 0,5% Calciumchlorid enthielt, 60 Minuten lang bei 4°C aufbewahrt. AnschlieBend wurde mit 0,1 M Cacodylatpuffer gesptilt und mit 1% Osmiumtetroxid in 3% Kaliumhexacyanoferrat-II (Kaliumferrocyanid nach Kamovsky 1971) eine Stunde bei 4°C nachfixiert. Die Gewebe wurden zweimal in Cacodylatpuffer und 0,05 M Maleatpuffer (pH 5,2) gesptilt. Danach folgte eine Enbloc-Kontrastierung mit 1% Uranylacetat in 0,05 M Maleatpuffer tiber Nacht bei 4°C. Die Proben wurden tiber eine Alkoholreihe steigender Konzentration entwassert und in Spurr eingebettet (Spurr 1961). Zum Schneiden wurde ein ReichertUltramikrotom OM-2 verwendet. Die Semidtinnschnitte wurden mit Methylen-Blau-Azur II (Richardson et al. 1960, modifziert) gefarbt. Die Ultradtinnschnitte wurden mit Bleicitrat nachkontrastiert (Reynolds 1963). Fur die elektronenmikroskopischen Untersuchungen stand ein Zeiss EM 9 S-2 zur Verftigung. Fur den Nachweis der Leberperoxisomen wurden die Vibratomschnitte in alkalischem 3,3'-Diaminobenzidin (DAB)-Mediurn inkubiert (Le Hir et al. 1979). Vorher wurden die fixierten Vibratomschnitte in 0,01 M TS-Puffer (Theorel-Stenhagen-Puffer) bei pH 10,0 gesptilt. Die Inkubation erfolgte 90 Minuten lang in 5 mM DAB in 0,01 M TS-Puffer (pH 10,0) + 0,15% Wasserstoffperoxid bei 37°C. Danach wurden die Schnitte in 0,01 M TS-Puffer (pH 10,0) und in 0,1 M Cacodylatpuffer (pH 7,6) ausgewaschen. Die Nachfixierung und weitere Aufarbeitung erfolgte wie oben beschrieben. Kontrolltiere wurden nicht inkubiert.

Ergebnisse Normales Futter (Fig. 1)

Die Hepatocyten (Durchmesser ca. 14 um) besitzen einen kugeligen Zellkem (ungefahr 7 um im Durchmesser) mit einem deutlich hervortretenden Nucleolus (Fig. 1). Typisch ist die Heterochromatinlokalisierung an der Kemhiille und am Nucleolus. AuBerdem bildet das Heterochromatin kleine verdichtete Bereiche im Nucleoplasrna. An der AuBenseite der Kernhulle liegen zahlreiche Ribosomen. Die Gallencanaliculi sind von bis zu 5 Hepatocyten begrenzt. Ihr schmales Lumen wird von zahlreichen Mikrovilli eingeengt (Fig. 1). Die Peroxisomen zeigen eine feingranulare Matrix, und ihre Form variiert von rund bis oval. Der Durchmesser der Peroxisomen ist sehr variabel. Nach DAB-Inkubation weisen sie eine posi-

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Simi oid

Fig. 1. Elektronenmikroskopische Aufnahme der Leber von Hemidactylus frenatus. Die Gallencanaliculi (Ga) werden von zwei bis funf Hepatocyten begrenzt. An der Sinusoidseite besitzen die Hepatocyten viele Mikrovilli. x 5200.

tive Reaktion auf. Die zahlreichen Peroxisomen sind unregelmasig tiber das Cytoplasma verteilt. Die Mitochondrien haben eine relativ helle Matrix und sind dem Crista-Typ zuzurechnen. Elektronendichte Granula (Durchmesser ca. 70 nm) liegen in der Mitochondrienmatrix. Das rauhe endoplasmatische Reticulum ist gut entwickelt. Seine in 2 oder 3 konzentrischen Lagen angeordneten Zisternen liegen nahe am Kern , an der Plasmamembran sowie nahe an den Mitochondrien. Das glatte ER liegt in raumlicher Nahe zu den Peroxisomen und Lipidtropfen. Der Golgi-Apparat ist sehr gut entwickelt. Jedes Dictyosom besteht aus 4 bis 5 geradlinigen Zisternen (ca. 2 urn lang), wobei elektronendichte schmale Zisternen auf der Cis-Seite und elektronendurchlassige Zisternen auf der Trans-Seite liegen. Die Zisternen der TransSeite schntiren zahlreiche Vesikel mit VLDL-Vesikeln abo Die Hepatocyten besitzen nur wenige Lysosomen. Membranbegrenzte kristallartige Einschltisse sind da-

gegen ofter im Cytoplasma anzutreffen und konnen in verschiedenen Formen auftreten. Oft beobachtet man Membranstapel, in denen die kristallinen Strukturen noch nicht ausgebildet sind. Glycogenpartikel liegen zwischen den Zisternen des glatten ER ; sie treten in geringen Mengen auf. Lipidkugeln , die im ganzen Cytoplasma vorkommen konnen, werden von fenestrierten Zisternen des glatten ER umgeben .

7 Tage Nahrungsentzug (Fig. 2-4) Eine starke Abnahme der Hepatocytengrolse (auf ca. 6 urn im Durchmesser) gegentiber den gefutterten Tieren ist zu beobachten. Die Kerngrolse verringert sich ebenfalls und betragt nun ca. 3 urn im Durchmesser. Die Perinuclearzisterne ist leicht erweitert und besitzt eine unregelmalsig verlaufende Membran. Unverandert ist der

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Gallencanaticulus

II delis

Fig. 2. Die Hepatoeyten umgeben einen erweiterten Galleneanalieulus. Die Mikrovilli im Lumen des Galleneanalieulus sind wenig zahlreieh. x 16000. Inset: Mitoehondrium (Mi), dessen Cristae Stapel bilden. x 42 000.

Besatz mit Ribosomen an der AuBenseite. Die Gallencanaliculi sind etwas erweitert und zeigen eine leichte Abnahme der Mikrovillizahl (Fig. 2). Die Interzellularraume haben sich im Vergleich zu den Futtertieren nieht verandert. Die Peroxisomenzahl scheint unverandert. GroBe und Form der Peroxisomem werden einheitlicher im Vergleich zu den Kontrolltieren (fast ausschlieBlich runde Formen). Ihre Matrix ist feingranular. Die Peroxisomen zeigen oft eine enge raumliche Beziehung zu den Mitochondrien (Fig. 4) und zur Kernhulle. Haufig liegen die Mitochondrien nahe der Plasmamembran. Ihre Anzahl ist reduziert, wahrend das Volumen der einzelnen Mitochondrien leicht zunimmt. Ihre Cristae sind vermehrt und ordnen sich oft in Stapeln (Fig. 2, Inset). Grofie und Dichte der Granula intramitochondrialia nehmen abo In einigen Hepatocyten ist das rauhe endoplasmatische Reticulum stark vesikuliert (Fig. 3). Insgesamt ist es wenig

entwickelt. Seine enge raumliche Beziehung zu den Mitochondrien bleibt erhalten. Das glatte ER geht stark zuruck. Der Golgi-Apparat wird geringftigig reduziert bezuglich seiner Grobe (ca. 1 urn lang) und Zisternenzahl (bis 4 Zisternen). Die Zisternen auf der Trans-Seite enthalten elektronendichte Strukturen. Ein Dictyosom besteht meist aus 4 Zisternen: 2 Cis-Zisternen und 1 bis 2 fenestrierten Trans-Zisternen. Die Anzahl der Lysosomen ist wesentlich erhoht (Fig. 2). Sie bleiben aber auf den peribiliaren Raum beschrankt und kommen in verschiedener Grofie und Form vor, mit fibrillaren oder granularen Binnenstrukturen sowie mit unterschiedlich osmiophilem Inhalt. Der Anteil der kristallinen Strukturen geht zuruck. Die Lipidmenge hat im Vergleich zu den Futtertieren deutlich abgenommen. Die Hepatocyten von 7 Tage hungernden Geckos enthalten fast kein Glycogen mehr (Fig. 2, 3 und 4).

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o

ucleus

..........-....._--.......

Fig. 3. Die Hepatocyten zeigen Lipidtropfen, Peroxisomen (Pe) und vesikulierte Zistemen des endoplasmatischen Reticulum (ER). x 16000. Fig. 4. In den Hepatocyten bilden die Peroxisomen Cluster. x 15000.

14 Tage Nahrungsentzug (Fig. 5, 6) Das Hepatocytenvolumen hat im Vergleich zu 7 Tagen Hunger wieder leicht zugenommen. Im Zellkern lost sich das Heterochromatin auf, dadurch erscheint der Kern heller (Fig. 5). Der Nucleolus ist in einigen Fallen noch anwesend. Die Gallencanaliculi zeigen ein stark erweitertes Lumen. Auch an einigen anderen Stellen beobach-

tet man eine leichte Erweiterung des Interzellularraumes, Peroxisomenzahl und -grolse haben gegenuber 7 Tagen Hunger leicht zugenommen. Im Vergleich zu den Kontrolltieren und den Tieren nach 7 Tagen Nahrungsentzug ist die cytochemisch nachweisbare Katalaseaktivitat verstarkt. Die Peroxisomen liegen bevorzugt in der Nahe von Lipidtropfen (Fig. 5) und Mitochondrien. Dabei ordnen sie sich oft in dicht gepackten Gruppen ("clusters")

Fig. 5. Die Hepatocyten besitzen Peroxisomen (Pe), die nahe den Lipidtropfen liegen konnen, x 15300. Fig. 6. Die Zisternen des Golgi-Apparates haben zugenommen. Pe = Peroxisomen x 19 000.

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an. Die Mitochondrienzahl steigt deutlich an, und ihre Grolse nimmt zu, ihre Form ist vielgestaltig. Kleine elektronendichte Granula in der Matrix sind zahlreich. Das endoplasmatische Reticulum vermehrt sich deutlich, sowohl das rauhe ER als auch das glatte ER. Die typischen schmalen Zistemen dominieren in den Hepatocyten, aber auch vesikulare Zistemen, wie sie haufig nach 7 Tagen Hunger beobachtet wurden, treten noch auf. Zwischen den Mitochondrien und dem rauhen ER besteht eine enge Assoziation. AuBerdem ist das glatte ER eng verbunden mit den Peroxisomen. Die Zistemen des Golgi-Apparates haben leicht an Lange zugenommen gegenuber 7 Tagen Nahrungsentzug (auf ca. 1,2 urn Lange) (Fig. 6). Sie verlaufen wellenfOrmig und schnuren viele Vesikel abo Die Lysosomen liegen in der Nahe der Gallencanaliculi und sind kleiner im Vergleich zu 7 Tagen Hunger, und ihre Anzahl ist verringert. Die kristallinen Strukturen, die nach 7 Tagen Hunger selten waren, sind wieder haufig. In einigen Tieren faUt eine leichte Zunahme des Glycogens auf. Die Glycogenrosetten liegen oft zwischen den Zistemen des glatten ER (Fig. 6). Die Zahl der Lipideinschlusse ist gegenuber 7 Tagen Hunger vermehrt.

25 Tage Nahrungsentzug (Fig. 7-9) Eine weitere Abnahme der Hepatocytengrolse gegenuber dem vorangegangenen Hungerstadium ist nicht deutlich. Der Zellkem zeigt die ftir Kontrolltiere beschriebene Morphologie, d. h. er besitzt Euchromatin und Heterochromatin in ihrer typischen Verteilung. Veranderungen der Gallencanaliculi sind im Vergleich zu 14 Tagen Hunger nicht deutlich. Der Interzellularraum ist leicht erweitert, aber nicht starker als nach 14 Tagen Nahrungsentzug. Im Vergleich zu den anderen Hungerstadien sind die Peroxisomen kleiner und zeigen eine starkere Katalaseaktivitat. Ihre Form ist polymorph, wobei runde Formen uberwiegen (Fig. 7, 8 und 9). Neben grolseren Peroxisomen treten auch kleinere auf. Auffallend ist die bevorzugte Lokalisierung der Peroxisomen urn die Lipidtropfen und urn die kristallinen Strukturen (Fig. 7, 8 und 9). Sie konnen sich auch zu kleinen Gruppen anordnen. Im Vergleich zu den anderen Hungerstadien sind die Mitochondrien vermehrt, kleiner und besitzen zahlreiche Cristae und dichte Granula (Fig.7). Das endoplasmatische Reticulum hat zugenommen im Vergleich zu anderen Hungerstadien, und zwar sowohl das rauhe ER als

Fig. 7. Sehr enge Assoziation der Peroxisomen mit Lipidtropfen. x26000.

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Fig. 8. Enge Assoziation der Peroxisomen mit Lipidtropfen und kristalliner Struktur (KS). x 25500. Fig. 9. Die Peroxisomen ordnen sich urn die kristallinen Strukturen (KS) an. x 28 000.

auch das glatte ER. Die Lange der Zisternen hat ebenfalls zugenommen. Vesikulierte Zisternen sind nicht zu finden. Das rauhe ER zeigt eine enge raumliche Beziehung zu den Mitochondrien. Das glatte ER steht in enger Verbindung zu den Peroxisomen. Der Golgi-Apparat liegt pericanalicular. Zahl und Lange der Zisternen der Dictyosomen haben im Vergleich zu den anderen Hungerstadien zugenommen. Die Lysosomen zeigen einen heterogenen Inhalt, beispielsweise feingranulare, dichte Strukturen. Lipidahnliche Einschltisse sind ebenfalls in der Lysosomenmatrix zu finden. Die Zahl der kristallinen Strukturen ist vermehrt. Das Volumen der Kristalle hat zugenommen. Die enge raumliche Nachbarschaft zu den Peroxisomen bleibt erhalten (Fig. 8 und 9). Kleine Glycogenpartikel befinden sich zwischen den Zisternen des glatten ER. Die Glycogenmenge ist gcringer als es Iur Kontrolltiere und 14 Tage gehungerte TIere der Fall ist, sie ist aber hoher als nach 7 Tagen Hunger. Zahl und Grobe der Lipideinschlusse nehmen deutlich aboDie enge raumliche Beziehung zwischen Lipidkugeln und Peroxisomen bleibt erhalten (Fig. 7 und 8).

Diskussion Die Befunde haben gezeigt, daB exogener Hunger bei den untersuchten Geckos (Hemidactylus frenatus) Ultrastrukturveranderungen in den Hepatocyten hervorruft. Die bei den Geckos beobachteten, durch Hunger induzierten Veranderungen der Hepatocyten entsprechen im wesentlichen jenen Veranderungen, die in der Literatur fur Sanger und Fische beschrieben worden sind. Eine Volumenabnahme von Hepatocyten als besonders auffalliges Kennzeichen des Hungerzustandes wurde haufig in der Literatur erwahnt (siehe Langer 1978). Die Abnahme des Zellvolumens ist letztlich bedingt durch einen Verlust an Reservestoffen, der jedoch nicht aIle Reservestoffe gleichermaBen betreffen muB. Die aus der Literatur (Langer 1978) bekannte Interzellularraumerweiterung wird auch bei den Geckos beobachtet, ist aber im Vergleich zu den Literaturbefunden weniger ausgepragt. Die Erweiterung des Interzellularraumes zwischen den Hepatocyten von Hungertieren muB wohl als Fixierungsartefakt angesehen

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werden, welcher auf eine hungerbedingte Verschiebung der osmotischen Werte in Richtung auf eine Hypotonie der Hepatocyten gegenuber den Fixierungsmedien hinweist. Die Kernveranderungen bei Hemidactylus frenatus sind von der Dauer der Hungerperiode abhangig. Bei den untersuchten Geckos wies der Zellkern nach 7 Tagen Hunger nur eine Veranderung der Kernmatrix auf. Eine Abhangigkeit der Kernveranderungen von der Dauer des Nahrungsentzuges wurde auch von Storch und Juario (1983) fur den Milchfisch (Chanos chanos) beschrieben: Nach 1monatigem Hunger waren die Kerne der Hepatocyten verdichtet, nach 2monatigem Hunger waren sie elektronendurchlassig. Bei den Reservestoffen bauten die Geckos v.a. Glycogen, weniger das Lipid abo Bei gehungerten Teleosteern ist das Verhalten des Leberlipids von der Dauer der Hungereinwirkung und von der Fischart abhangig (Langer 1978; Segner 1985). Love (1970) konnte bei Gambusia affinis (Teleosteer) keine Anderung des Lipidgehaltes nach 14tagigem Hunger beobachten. Auch Marayanshigh und Eales (1975) beobachteten, daB die Lipidmenge in der Leber von Salvelinus [ontinalis durch Hunger nur wenig beeinfluBt wird. Dahingegen stellten Segner und Moller (1984) bei 60 Tagen gehungerten Flundern einen vollstandigen Verlust der Speicherlipide der Leber fest. Langer (1978) teilte mit, daB bei Fischen der Lipidgehalt der Hepatocyten im Hungerzustand sowohl erhoht als auch erniedrigt sein kann. Fur Sauger berichtete David (1961) ebenfalls von einer hungerbedingten Bildung groBer Fetttropfen in den Hepatocyten. Bei den Geckos wurde eine leichte Abnahme des Lipidgehaltes nach 7tagigem Nahrungsentzug beobachtet, der sich nach 14tagigem Hunger wieder erhohte, urn nach 25tagigem Hunger deutlich abzunehmen. Das Leberglycogen stellt einen Reservestoff dar, der wahrend der Hungerperiode schnell zu Glucose umgesetzt werden kann. Bei Saugem wird das Leberglycogen wahrend des Hungers rasch verwendet (Freedland 1967). 1m Gegensatz dazu brauchen die Fische das Leberglycogen nicht so schnell auf, wobei aber je nach Fischart Unterschiede bestehen (siehe Hilton 1982; Braunbeck 1989). Bei den Geckos wurde nach 7tagigem Hunger bereits eine klare Abnahme des Leberglycogens festgestellt. Nach 14 Tagen Hunger war jedoch der Glycogengehalt wieder angestiegen. Dies kann als Kompensationsmechanismus interpretiert werden. Das ursprunglich in der Leber vorhandene Glycogen wird kurzfristig zur Energiegewinnung verbrannt, danach erfolgt durch Zufuhr von Nahrstoffen aus anderen Geweben, beispielweise von Aminosauren aus der Muskulatur, eine Neusynthese von Glycogen in der Leber. Bei dem langfristigen Hungerzustand (25 Tage Hunger) wird moglicherweise der Glycogenstoffwechsel eingeschrankt und die Energiegewinnung auf den Abbau von Lipid umgestellt. Eine Beteiligung der Peroxisomen am Lipidstoffwechsel ist abgesichert. Diese findet ihren morphologischen Ausdruck in der engen raumlichen Beziehung von Peroxi-

somen zu Lipidkugeln, wie sie mehrfach beschrieben wurde (Beard 1972; Black und Bogart 1973; Kramar 1986; Behncke 1987; Gorgas 1987; Fahimi et al. 1993). Bei den vorliegenden Befunden findet im Lauf der Hungerperiode eine Proliferation der Peroxisomen statt, begleitet von einer Abnahme des Lipidgehaltes. Weiterhin besteht wahrend der Hungerperiode eine Verstarkung der Clusterbildung der Peroxisomen und eine auffallend enge raumliche Beziehung zwischen Peroxisomen und Lipidtropfen. Lazarow et al. (1980) und Lazarow (1981) konnten mit Hilfe biochemischer und morphologischer Untersuchungstechniken zeigen, daB die Clusterbildung ein Stadium der Peroxisomenproliferation darstellt. Das Auftreten derartiger Cluster in enger raumlicher Verbindung mit den Lipidkugeln in den Hepatocyten gehungerter Geckos unterstutzt die Hypothese einer Beteilung der Peroxisomen am katabolen Lipidmetabolismus. Die durch Hunger induzierten Veranderungen der Mitochondrien betreffen vor allem die Anordnung der Cristae. Die Mitochondrien in den Hepatocyten von 7 Tagen gehungerten Geckos zeigen wohlausgebildete Cristae, die allerdings kleine Stapel bilden konnen. Vielfach sind die Mitochondrien der Plasmamembran angelagert. Die Bedeutung dieser Erscheinung ist unklar. Die Veranderung der Anordnung der Cristae laBt eine Storung der Mitochondrienfunktion vermuten. Nach Rohr et al. (1973) weist die Stapelung der mitochondrialen Cristae nach sechstagigem Nahrungsentzug darauf hin, daB die Synthesevorgange der einzelnen Membrankomponenten zumindest teilweise nicht mehr koordiniert ablaufen. In Fischen wird bei 14tagigem Nahrungsentzug von vergrolserten, polymorphen Mitochondrien berichtet (Weiss 1972). Storch und Juario (1983) sowie Avila (1986a) fanden spharisch angeschwollene Mitochondrien in der Leber gehungerter Fische. Auch bei anderen Tiergruppen, beispielsweise Crustacea (Vogt 1984) und Saugern (David 1964), konnten vergr6Berte, polymorphe Mitochondrien unter Hungerbedingungen nachgewiesen werden. Segner (1985) berichtete tiber eine Zunahme der Mitochondrien im Hungerzustand einiger Teleosteer. Volumenzunahme der Mitochondrien wird auch von gehungerten Amphibien erwahnt (Linnenbach 1985). Rohr et al. (1973) beobachteten eine Volumenzunahme und Matrixaufhellung bei den Lebermitochondrien gehungerter Ratten erstmalig ab dem sechsten Tag des Nahrungsentzuges. Auch bei den Geckos ist eine Zunahme der Mitochondriengrofse nach 7tagigem Hunger zu beobachten. Mit Verlangerung der Hungerperiode jedoch verkleinern sich die Mitochondrien, ohne daB ihre Matrix sich verdichtet. Das rauhe ER reagiert auf 7 Tage Nahrungsentzug mit Verlust der raumlichen Anordnung, Fragmentierung der Zisternen (Vesikulierung) und in vielen Fallen auch mit einer Erweiterung des Zisternenlumens. Weiterhin findet sich eine leichte Abnahme des ER. Ab 14 Tagen Hunger laBt sich eine Vermehrung des ER und die Wiedergewinnung seiner typischen Anordnung erkennen. Diese mor-

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phologischen Veranderungen konnen interpretiert werden als eine nach kurzer Hungerperiode (7 Tage) gestorte Zellfunktion und nach langer Hungerperiode verstarkte Syntheseaktivitat der Zelle im Sinne eines kompensierenden Mechanismus (vgl. Segner und Braunbeck 1988). Die aulsergewohnlich starke Zunahme der Lysosomen in den Hepatocyten der gehungerten Geckos stimmt mit Befunden bei anderen Wirbeltieren uberein, Nach David (1961) ist das vermehrte Auftreten von Lysosomen in den Hepatocyten von hoheren Vertebraten eine allgemeine Erscheinung des Hungerzustandes. Eine Vermehrung der Lysosomen im Hunger ist bei verschiedenen Tiergruppen nachgewiesen (Sanger: David 1964; Rohr et al. 1973; Amphibien: Linnenbach 1985; Crustacea: Vogt 1984; Teleosteer: Langer 1978; Storch und Juario 1983; Segner 1985). Die Lysosomen sind an der Speicherung von im Hungerzustand anfallenden und zunachst nicht ausscheidbaren Stoffwechsel- und Abbauprodukten beteiligt (Langer 1978). Die vorgestellten Ergebnisse zu den hungerbedingten Veranderungen der Hepatocyten von Hemidactylus frenatus zeigen, daB die Anpassung an den Hungerzustand kein einfacher, linearer ProzeB ist, sondern eine Abfolge unterschiedlicher Anpassungsprozesse. In einer erst en Phase (7 Tage Hunger) wird das schnell mobilisierbare Glycogen abgebaut, zugleich wird der .Futtermetabolismus" der Hepatocyten nachhaltig gestort, was sich beispielsweise in der Veranderung des ER ausdruckt. In der folgenden Phase (bis 25 Tage Hunger) stellen sich die Hepatocyten durch metabolische Veranderung auf den Hungerzustand ein: Ihre Struktur regeneriert teilweise (Kern, ER), Glycogen wird neu synthetisiert, und das Speicherlipid wird zur Energiegewinnung verbrannt. Durch diese plastische Anpassung von Hepatocytenstruktur und -funktion ist der Organismus offensichtlich in der Lage, auch eine langere Hungerperiode ohne irreversible ScMdigungen zu uberstehen. Danksagung. Wir mochten Frau G. Adam fur die Hilfe bei der Anfertigung der elektronenmikroskopischen Aufnahmen und der Konrad-Adenauer-Stiftung (Deutschland) fur die finanzielle Unterstutzung danken.

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