Morphogenesis and micromorphology of epithelial tumors induced in the rat kidney by nitrosomorpholine

Abstract

The genesis of basophilic cell kidney tumors was investigated stepwise by light and electron microscopy in rats treated with N-nitrosomorpholine for a limited time (stop experiment). Seven weeks after the beginning of the experiment the kidney tubules sometimes showed unusually large “chromophobic” and basophilic cells. After a lag period of 22–97 weeks more than 60% of the animals had developed these atypical tubules. Parallel to the appearance of chromophobic tubules 50% of the carcinogen-treated animals developed basophilic cell kidney tumors. All intermediate stages between chromophobic or basophilic cell tubules and tumors were found. During the neoplastic transformation chromophobic epithelia appeared to change into basophilic cells. Some of the chromophobic renal tubules and most of the renal tubules which consisted of chromophobic and basophilic epithelia stored acid mucopolysaccharides as demonstrated by histochemical methods. The fine structure of the basophilic epitheliomas was relatively uniform. The basophilia observed under the light microscope correlated with abundant membrane-bound and free ribosomes as seen under the electron microscope. The frequent appearance of brush borders and microbodies indicated the origin of the basophilic cell tumors from proximal renal tubules. In some tumor cells many mitochondria were found. These cells resembled oncocytes. However, in contrast to typical oncocytes the mitochondria of these cells were poor in cristae or showed tubular formations of the inner membrane. In some mitochondria homogeneous condensations could be detected in the intracristal space and tooth-like formations were seen on the surface of the cristae. In perpendicular sections these cristae resembled saw blades. Acute tubular lesions and cellular regeneration, as described earlier by other authors in early stages of the development of kidney tumors, were not found. It is suggested that the storage of acid mucopolysaccharides observed in many tubules and in some renal tumors indicates adisturbance of the cellular metabolism which plays an important role in tumor development. Die Genese basophilzelliger Nierenepitheliome wurde in Stoppversuchen an N-Nitrosomorpholin-vergifteten Ratten stufenweise licht-und elektronenmikroskopisch verfolgt. Sieben Wochen nach Beginn der Giftzufuhr traten erstmals ungewöhnlich großzellige “chromophobe” oder basophile Tubuli auf. Sie waren zunächst nur bei einzelnen, nach einer Latenzzeit von 22–97 Wochen aber bei über 60% der Versuchstiere zu finden. Während des gleichen Zeitraumes entwickelten sich bei nahezu 50% der Carcinogen-vergifteten Ratten basophilzellige Nierenepitheliome. Morphologische Befunde, die als Übergänge von chromophoben oder basophilen Tubuli in Tumoren gedeutet werden können, waren häufig zu erheben. In der Regel wurden die chromophoben Epithelien offenbar schon früh im Verlaufe der neoplastischen Transformation in basophile Zellen umgewandelt. Ein Teil der chromophoben Nephronabschnitte sowie zahlreiche Tubuli, die aus einer Mischung von chromophoben und basophilen Epithelien zusammengesetzt waren, speicherten nach Ausweis histochemischer Reaktionen saure Mucopolysaccharide. Die Feinstruktur der meisten basophilen Epitheliome war sehr einheitlich. Elektronenmikroskopisches Äquivalent der lichtmikroskopisch beobachteten cytoplasmatischen Basophilie war ein großer Ribosomenreichtum. Bürstensaumstrukturen und Mikrokörper belegten die Abstammung der basophilen Nierentumoren vom proximalen Nephron. Gelegentlich fanden sich auffallend mitochondrienreiche Tumorzellen, die Onkozyten ähnelten. Im Gegensatz zu typischen Onkozyten zeichneten sich die Mitochondrien dieser Zellen entweder durch eine Cristaarmut oder durch eine tubuläre Transformation der Innenmembranen aus. In manchen Mitochondrien waren eigenartige Cristae zu beobachten, die durch eine homogene Verdichtung des intracristalen Spaltraumes sowie durch die Ausbildung von Zacken an der Cristaoberfläche auffielen. Das Schnittbild derartiger Cristae ähnelte einem Sägeblatt. Akute Tubulusläsionen und intratubuläre Zellregenerate, wie sie von zahlreichen Autoren als Frühstadien der Tumorbildung in der Niere beschrieben wurden, haben wir nicht beobachtet. Wir nehmen an, daß die in zahlreichen Tubuli und in einigen Tumoren nachweisbare Speicherung von sauren Mucopolysacchariden eine zelluläre Stoffwechselstörung anzeigt, die eine wichtige Rolle bei der Geschwulstbildung spielt.