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Morphogénèse des cellules à plusieurs noyaux par l'action des rayons X
Q 1967
222
Experimental
MORPHOGfiNkSE
DES
NOYAUX
PAR
CELLULES
L’ACTION
DES
by
Cell Research
Academic
47, 222-228
Press
Inc.
(1967)
.k PLUSIEURS RAYONS
X
ETUDEENCONTRASTEDEPHASESURLESCELLULES ERYTHROP~~BTIQUES A L'IZTATVIVANT E. G. RONDANELLI, V. VANNINI, Institut et Institut
A. TRENTA, E. MAGLIULO, G. GERNA, et G. CAROSI
de Clinique MtTdicale de l’Universit6 de Pavie de Radiologie de 1’UniversitQ de Bologne, Italic Rey
le 9 novembre
19661
IL est connu depuis longtemps que l’irradiation cause, dans les tissus, la formation de mitoses pluripolaires et de cellules B plusieurs noyaux [l, 2, 4, 8, 14, 15, 261. Toutefois, jusqu’A prksent, les rapports entre pluripolaritk et plurinuclbaritk n’ont pas ktk bien Cclaircis. Une contribution B la solution du probEme pourrait dtre fournie par l’emploi de la micro-cinkmatographie en contraste de phase qui permet de suivre et d’enregistrer dans le temps les phCnom&nes morphologiques cellulaires. Dans le prksent travail nous avons documentk les mkanismes de formation de cellules krythropo%tiques A plusieurs noyaux (dans le cas particulier B plus de deux noyaux) par l’action des rayons X.
MATkRIEL
ET
MdTHODES
Les cellules &ythropoPCtiques du Triton Molge vulgaris L., qui sont pourvues d’un petit nombre de chromosomes, de grandes dimensions et d’une activitC mitotique elCvCe, se p&tent admirablement aux Ctudes de l’action des agents chimiques et physiques sur la division cellulaire. Pour la prkparation des cultures en caillot de plasma, les modalit& d’irradiation (12-25 r) et les enregistrements photographiques et cinkmicrographiques en contraste de phase, voir nos travaux pr&Cdents [16, 191.
RhULTATS
Des cellules aux dimensions supkrieures B la normale et pourvues de trois noyaux anisomktriques (a diffkrentes dimensions) peuvent se produire par une des modalitks morphogknktiques mention&es ci-dessous : 1 Version Experimental
revi&
repue
Cell Research
le 3 janvier 47
1967.
Morphogtkese
des cellules ic plusieurs
noyaux
223
(a) par arr& mitotique en metaphase avec disposition des chromosomes en trois Ctoiles. Comme l’on voit clans Figs. l-9 trois sillons de division cytoplasmique se forment entre les trois noyaux anisometriques qui sont en train d’&tre reconstruits a partir des chromosomes de la metaphase atypique, pourtant la citodierese n’arrive pas s’achever. (b) par arr& mitotique en anaphase avec une distribution anomale des chromosomes en trois Ctoiles filles. Dans Figs. lo-21 on voit que les chromosomes se sont disposes, en nombres differents, dans trois etoiles filles. Cette migration chromosomique anomale n’est pas suivie par la formation de sillons cytoplasmiques, de facon que les trois noyaux anisometriques restent renfermes dans la meme cellule. (c) par arr& mitotique en telophase tri-polaire, ou, comme l’on voit dans Figs. 22-27, les sillons cytoplasmiques, qui etaient egalement comparus a la tin de l’anaphase tri-polaire, regressent rapidement, la conclusion Ctant la m&me que pour la modalitt? d&rite en (b). (d) par arr& mitotique en ana-telophase avec plus de trois ressemblements chromosomiques, par fusion d’une partie des Ctoiles et une reconstruction finale de trois noyaux interphasiques concevablement a dimensions i&gales et R differente dotation chromosomique. (e) par arre”t mitotique en mttaphase avec complete dispersion des chromosomes et un rassemblement successif de ceux-ci en trois groupements d’oir les trois noyaux interphasiques s’originent. Les deux derniitres modalites, bien qu’assez souvent observees par now, ne sont pas documentees par des tables photographiques. 11 est a remarquer que les dimensions des noyaux dans toutes les modalites d&rites sont en rapport avec le nombre de chromosomes dans les rassemblements d’ou ils proviennent.
DISCUSSION
Les r&hats de cette recherche permettent d’expliquer la formation de noyaux multiples par leur reconstruction, a l’interieur de la meme cellule, a partir des chromosomes reunis en plus de deux Ctoiles oti rassemblements chromosomiques. L’incapacite de la cellule d’achever la cytodierese joue un role determinant. On peut se demander si la disposition des chromosomes en plusieurs groupements, plus ou moins orient&, correspond a la reelle existance dans la cellule d’un nombre augment6 de centres polaires [22, 23, 241, ou si, au contraire, il s’agit des lesions des centres polaires dont le nombre n’est pas augExperimental
Cell Research
47
Figs. 1-9.-Formation d’une cellule a trois noyaux par arr&t mitotique en metaphase dam une cellule Crythropofetique irradiee de triton. Observation en contraste de phase. Figs. 1-3, disposition des chromosomes en trois Ctoiles. Figs. 4-S, des sillons de division cytoplasmique se forment, mais ne &vent pas la cellule, pendant que les chromosomes subissent le pro&s de la catachromasie, en reconstruisant trois noyaux aux differentes dimensions.
Figs.
lo-al.-Formation
Fig.
lO.-Anaphase
Figs. 11-21.-Etapes cellule par l’absence Experimental
d’une a trois
cellule
de la reconstruction de cytodierese.
Cell Research
a trois
noyaux
par anomalie
de l’anaphase.
poles.
47
de trois
noyaux
qui
restent
renfermes
dans
la meme
MorphogtSse
15 - 671817
des cellules 2 plusieurs
noyaux
Experimental
22 5
Cell Research
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E. G. Rondanelli,
226
Figs 22-2 tion CellL
et al.
d’une cellule g trois noyaux par anomalies ana-tblopha siql les. I ‘igs. . 4!2 -27.-Formation 23. EItapes de la migration des chromosomes vers trois p6les. Figs. 2625. Etapes de la for macytoplasmique. Pigs. 26-27. Etapes finales de la forr nat ion d ‘une de :rois sillons de division trois noyaux aux diffkrentes dimensions. de
Experimental
Cell Research
47
MorphogtKse
des cellules ir plusieurs
227
noyaux
mente par respect au normal, comme il avait ktC soutenu en pa& [lo, 131. D’autre part, dans le premier cas il faudrait distinguer si le pluricentrisme est lik ou non A des conditions de polyploidie [22-241. Cela, tout-de m&me comme la possible l&ion du centriole [3, 6, 7, 9, 20, 211, ne peut pas &re klairci par la seule microcinematographie en contraste de phase, telle qu’elle it ktP employke dans la recherche prknte. Toutefois il est 5 rappeler que nos observations ont &A conduites sur les cultures aprk un temps d’irradiation (une demi-heure) qui est sQrement infbrieur h la durt!e de la pkiode G2 pour les cellules du triton. Cela nous permet d’exclure que la prkence d’etoiles plurimes soit lice h des phknomPnes parallirles de r”)lpplo’idisation et de rbduplication centriolaire, car les mitoses anomales prorenaient de cellules qui au moment de l’irradiation avaient certainement d+assE la phase de synthcse de 1’ADN et etaient trPs probablement normoplo’ides. 11 s’agirait done dans notre cas de vraies l&ions des centrioles, indkpendantes du nombre des chromosomes. Une hypothkse alternative pourrait @tre une lesion non pas des centrioles, mais de leur relations avec les centromkes. Nous avons en effet observe la prksence de chromosomes aberrants dans un certain nombre de mitoses, ou, assez souvent, que, dans l’anaphase on pouvait avoir la migration aux pales de chromosomes non divisks, ou des couples de chromatides form& par la division du mcme chromosome. A part la question de l’existence ou non du pluricentrisme, il est clair que la plurinuclearitk est conditionnke par la faillite de la citodikrke. Puisque cela pourrait &tre encadri: indiffkremment dans une ou l’autre des nombreuses thkories de mkanismes de la cytocynkse [ll, 12, 15, 271 nous pouvons seulement soutenir une hypothkse tr$s g&kale selon laquelle la distribution des chromosomes en groupements mktaphasiques et anaphasiques multiples et l’inhibition de la cytodi&Pse pourraient trouver leur origine dans un seul trouble mitotique qui au moment actuel semble iitre localiske au nireau des fonctions de l’appareil mitotique, celui-ci &ant consid& comme l’ensemble centrioles-fuseau-chromosomes [12].
SUMMARY
The formation of multinucleated erythropoietic cells was studied by means of phase-contrast cinemicrography of irradiated spleen cultures of Triton Molge uulgaris L. Giant cells with three or more nuclei were formed after mitotic arrest in metaphases, anaphases and telophases in which chromosomes Experimenfd
Cell
Research
47
228
E. G. Rondanelli,
et al.
were arranged in three or more groups and cytokinesis failed to divide the cells. The role of lesions of mitotic apparatus in the formation of multinucleated cells is emphasized. RfiFkRENCES
1. ALBERTI, W. et POLITZER, ibid. 103, 284 (1924). 2. -3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.
19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27.
G., Arch.
Mikroskop.
Anat.
100, 83 (1923).
BLUM, H. F. et PRICE, J. P., J. Gen. Physiol. 33, 285 (1950). CARLSON, J. G., J. Morphol. 66, 11 (1940). DAN, K. et NAKAJIMA, T., Embryotogia 3, 187 (1956). HENSHAW, P. S., Am. J. Roentgenol. 43, 923 (1940). HENSHAW, P. S. et COHEN, I., Am. J. Roentgenot. 43, 917 (1940). LACASSAGNE, A. et MONOD, A., Arch. Fran$. Pathol. Gin. Exptl. Anat. Pathol. 1, 1 (1922). LEWIS, A. G. et MARIN, G., Exptl Cell Res. 31, 448 (1963). LOEB, J., J. Morphol. 7, 253 (1892). MARSLAND, D., Exptl Cell Res. 5, 199 (1956). MAZIA, D., in J. BRACHET and A. E. MIRSKY (eds.), The Cell, vol. 3, pp. 77-412. Academic Press, New York, 1961. NORMAN, W. W., Roux Arch. Entwicktungsmech. Org. 3, 106 (1896). POLITZER, G., Pathologie der Mitose. Protoplasma Monographien, Berlin, vol. 7, 1934. ROBERTS, H. S. et JOHNSON, N. S., Biol. Butt. 110, 334 (1956). RONDANELLI, E. G., TRENTA, A., M~GLIULO, E., VANNINI, V. et GERSA, G., Acfa Haematol. 35, 232 (1966).
-
Exptl
Cell
Res. 41, 1 (1966).
RONDANELLI, E. G., TRENTA, A., MONTERO-CASTILLO, J., SCOTTI-FOGLIENI, C. et VANNINI, V., Morphogenetic patterns of radiation damage in erythropoietic cells. Film presented at the 9th Congress Intern. Sot. Hematol., Mexico City, September 1962. RONDANELLI, E. G., TRENTA, A., VANNINI, V., MAGLIULO, E. et GERNA, G., ATouu. Reu. Fraq. Ht!matoZ. 5, 213 (1965). RUSTAD, R. C., Experientia 15, 323 (1959).
~
Radiation
Res. 11, 96 (1959).
W., Exptl Cell Res. 42, 201 (1966). P., Compt. Rend. Sot. Biol.’ 155,‘2418 (1961). __ Chromosoma (Berlin) 13, 67 (1962). SIMON-REUSS, I. et SPEAR, F. G., Brit. J. Radiation 20, 63 (1947). SPEAR, F. G., Brit. J. Radiafion 8, 86 (1935). WOLPERT, L., Intern. Rev. Cytol. 10 (1960). SCHMID, SENTEIN,
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MORPHOGfiNkSE
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NOYAUX
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CELLULES
L’ACTION
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Cell Research
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47, 222-228
Press
Inc.
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.k PLUSIEURS RAYONS
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ETUDEENCONTRASTEDEPHASESURLESCELLULES ERYTHROP~~BTIQUES A L'IZTATVIVANT E. G. RONDANELLI, V. VANNINI, Institut et Institut
A. TRENTA, E. MAGLIULO, G. GERNA, et G. CAROSI
de Clinique MtTdicale de l’Universit6 de Pavie de Radiologie de 1’UniversitQ de Bologne, Italic Rey
le 9 novembre
19661
IL est connu depuis longtemps que l’irradiation cause, dans les tissus, la formation de mitoses pluripolaires et de cellules B plusieurs noyaux [l, 2, 4, 8, 14, 15, 261. Toutefois, jusqu’A prksent, les rapports entre pluripolaritk et plurinuclbaritk n’ont pas ktk bien Cclaircis. Une contribution B la solution du probEme pourrait dtre fournie par l’emploi de la micro-cinkmatographie en contraste de phase qui permet de suivre et d’enregistrer dans le temps les phCnom&nes morphologiques cellulaires. Dans le prksent travail nous avons documentk les mkanismes de formation de cellules krythropo%tiques A plusieurs noyaux (dans le cas particulier B plus de deux noyaux) par l’action des rayons X.
MATkRIEL
ET
MdTHODES
Les cellules &ythropoPCtiques du Triton Molge vulgaris L., qui sont pourvues d’un petit nombre de chromosomes, de grandes dimensions et d’une activitC mitotique elCvCe, se p&tent admirablement aux Ctudes de l’action des agents chimiques et physiques sur la division cellulaire. Pour la prkparation des cultures en caillot de plasma, les modalit& d’irradiation (12-25 r) et les enregistrements photographiques et cinkmicrographiques en contraste de phase, voir nos travaux pr&Cdents [16, 191.
RhULTATS
Des cellules aux dimensions supkrieures B la normale et pourvues de trois noyaux anisomktriques (a diffkrentes dimensions) peuvent se produire par une des modalitks morphogknktiques mention&es ci-dessous : 1 Version Experimental
revi&
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Cell Research
le 3 janvier 47
1967.
Morphogtkese
des cellules ic plusieurs
noyaux
223
(a) par arr& mitotique en metaphase avec disposition des chromosomes en trois Ctoiles. Comme l’on voit clans Figs. l-9 trois sillons de division cytoplasmique se forment entre les trois noyaux anisometriques qui sont en train d’&tre reconstruits a partir des chromosomes de la metaphase atypique, pourtant la citodierese n’arrive pas s’achever. (b) par arr& mitotique en anaphase avec une distribution anomale des chromosomes en trois Ctoiles filles. Dans Figs. lo-21 on voit que les chromosomes se sont disposes, en nombres differents, dans trois etoiles filles. Cette migration chromosomique anomale n’est pas suivie par la formation de sillons cytoplasmiques, de facon que les trois noyaux anisometriques restent renfermes dans la meme cellule. (c) par arr& mitotique en telophase tri-polaire, ou, comme l’on voit dans Figs. 22-27, les sillons cytoplasmiques, qui etaient egalement comparus a la tin de l’anaphase tri-polaire, regressent rapidement, la conclusion Ctant la m&me que pour la modalitt? d&rite en (b). (d) par arr& mitotique en ana-telophase avec plus de trois ressemblements chromosomiques, par fusion d’une partie des Ctoiles et une reconstruction finale de trois noyaux interphasiques concevablement a dimensions i&gales et R differente dotation chromosomique. (e) par arre”t mitotique en mttaphase avec complete dispersion des chromosomes et un rassemblement successif de ceux-ci en trois groupements d’oir les trois noyaux interphasiques s’originent. Les deux derniitres modalites, bien qu’assez souvent observees par now, ne sont pas documentees par des tables photographiques. 11 est a remarquer que les dimensions des noyaux dans toutes les modalites d&rites sont en rapport avec le nombre de chromosomes dans les rassemblements d’ou ils proviennent.
DISCUSSION
Les r&hats de cette recherche permettent d’expliquer la formation de noyaux multiples par leur reconstruction, a l’interieur de la meme cellule, a partir des chromosomes reunis en plus de deux Ctoiles oti rassemblements chromosomiques. L’incapacite de la cellule d’achever la cytodierese joue un role determinant. On peut se demander si la disposition des chromosomes en plusieurs groupements, plus ou moins orient&, correspond a la reelle existance dans la cellule d’un nombre augment6 de centres polaires [22, 23, 241, ou si, au contraire, il s’agit des lesions des centres polaires dont le nombre n’est pas augExperimental
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Figs. 1-9.-Formation d’une cellule a trois noyaux par arr&t mitotique en metaphase dam une cellule Crythropofetique irradiee de triton. Observation en contraste de phase. Figs. 1-3, disposition des chromosomes en trois Ctoiles. Figs. 4-S, des sillons de division cytoplasmique se forment, mais ne &vent pas la cellule, pendant que les chromosomes subissent le pro&s de la catachromasie, en reconstruisant trois noyaux aux differentes dimensions.
Figs.
lo-al.-Formation
Fig.
lO.-Anaphase
Figs. 11-21.-Etapes cellule par l’absence Experimental
d’une a trois
cellule
de la reconstruction de cytodierese.
Cell Research
a trois
noyaux
par anomalie
de l’anaphase.
poles.
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de trois
noyaux
qui
restent
renfermes
dans
la meme
MorphogtSse
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des cellules 2 plusieurs
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E. G. Rondanelli,
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Figs 22-2 tion CellL
et al.
d’une cellule g trois noyaux par anomalies ana-tblopha siql les. I ‘igs. . 4!2 -27.-Formation 23. EItapes de la migration des chromosomes vers trois p6les. Figs. 2625. Etapes de la for macytoplasmique. Pigs. 26-27. Etapes finales de la forr nat ion d ‘une de :rois sillons de division trois noyaux aux diffkrentes dimensions. de
Experimental
Cell Research
47
MorphogtKse
des cellules ir plusieurs
227
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mente par respect au normal, comme il avait ktC soutenu en pa& [lo, 131. D’autre part, dans le premier cas il faudrait distinguer si le pluricentrisme est lik ou non A des conditions de polyploidie [22-241. Cela, tout-de m&me comme la possible l&ion du centriole [3, 6, 7, 9, 20, 211, ne peut pas &re klairci par la seule microcinematographie en contraste de phase, telle qu’elle it ktP employke dans la recherche prknte. Toutefois il est 5 rappeler que nos observations ont &A conduites sur les cultures aprk un temps d’irradiation (une demi-heure) qui est sQrement infbrieur h la durt!e de la pkiode G2 pour les cellules du triton. Cela nous permet d’exclure que la prkence d’etoiles plurimes soit lice h des phknomPnes parallirles de r”)lpplo’idisation et de rbduplication centriolaire, car les mitoses anomales prorenaient de cellules qui au moment de l’irradiation avaient certainement d+assE la phase de synthcse de 1’ADN et etaient trPs probablement normoplo’ides. 11 s’agirait done dans notre cas de vraies l&ions des centrioles, indkpendantes du nombre des chromosomes. Une hypothkse alternative pourrait @tre une lesion non pas des centrioles, mais de leur relations avec les centromkes. Nous avons en effet observe la prksence de chromosomes aberrants dans un certain nombre de mitoses, ou, assez souvent, que, dans l’anaphase on pouvait avoir la migration aux pales de chromosomes non divisks, ou des couples de chromatides form& par la division du mcme chromosome. A part la question de l’existence ou non du pluricentrisme, il est clair que la plurinuclearitk est conditionnke par la faillite de la citodikrke. Puisque cela pourrait &tre encadri: indiffkremment dans une ou l’autre des nombreuses thkories de mkanismes de la cytocynkse [ll, 12, 15, 271 nous pouvons seulement soutenir une hypothkse tr$s g&kale selon laquelle la distribution des chromosomes en groupements mktaphasiques et anaphasiques multiples et l’inhibition de la cytodi&Pse pourraient trouver leur origine dans un seul trouble mitotique qui au moment actuel semble iitre localiske au nireau des fonctions de l’appareil mitotique, celui-ci &ant consid& comme l’ensemble centrioles-fuseau-chromosomes [12].
SUMMARY
The formation of multinucleated erythropoietic cells was studied by means of phase-contrast cinemicrography of irradiated spleen cultures of Triton Molge uulgaris L. Giant cells with three or more nuclei were formed after mitotic arrest in metaphases, anaphases and telophases in which chromosomes Experimenfd
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E. G. Rondanelli,
et al.
were arranged in three or more groups and cytokinesis failed to divide the cells. The role of lesions of mitotic apparatus in the formation of multinucleated cells is emphasized. RfiFkRENCES
1. ALBERTI, W. et POLITZER, ibid. 103, 284 (1924). 2. -3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.
19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27.
G., Arch.
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Anat.
100, 83 (1923).
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RONDANELLI, E. G., TRENTA, A., MONTERO-CASTILLO, J., SCOTTI-FOGLIENI, C. et VANNINI, V., Morphogenetic patterns of radiation damage in erythropoietic cells. Film presented at the 9th Congress Intern. Sot. Hematol., Mexico City, September 1962. RONDANELLI, E. G., TRENTA, A., VANNINI, V., MAGLIULO, E. et GERNA, G., ATouu. Reu. Fraq. Ht!matoZ. 5, 213 (1965). RUSTAD, R. C., Experientia 15, 323 (1959).
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Res. 11, 96 (1959).
W., Exptl Cell Res. 42, 201 (1966). P., Compt. Rend. Sot. Biol.’ 155,‘2418 (1961). __ Chromosoma (Berlin) 13, 67 (1962). SIMON-REUSS, I. et SPEAR, F. G., Brit. J. Radiation 20, 63 (1947). SPEAR, F. G., Brit. J. Radiafion 8, 86 (1935). WOLPERT, L., Intern. Rev. Cytol. 10 (1960). SCHMID, SENTEIN,
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