Summary
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.
Zusammenfassung
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.
Similar content being viewed by others
References
Apitz K (1944) Die Geschwülste und Gewebsmißbildungen der Nierenrinde. III. Die Adenome. Virchows Arch [Pathol Anat] 311:328–431
Bannasch P (1979) Polysaccharide storage during carcinogenesis. In: Fox M (ed): Advances in medical oncology research and education, vol 4. Biological basis for cancer diagnosis. Pergamon Press, Oxford New York pp 199–208
Bannasch P (1979) Präneoplastische Stadien der chemischen Carcinogenese: Zelluläre Vorgänge. Verh Dtsch Ges Pathol 63:40–61
Bannasch P, Krech R, Zerban H (1978a) Morphogenese und Mikromorphologie epithelialer Nierentumoren bei Nitrosomorpholin-vergifteten Ratten. II. Tubuläre Glykogenose und die Genese von klar- oder acidophilzelligen Tumoren. Z Krebsforsch 92:63–86
Bannasch P, Krech R, Zerban H (1978b) Morphogenese und Mikromorphologie epithelialer Nierentumoren bei Nitrosomorpholin-vergifteten Ratten. III. Onkocytentubuli und Onkocytome. Z Krebsforsch 92:87–104
Bannasch P, Mayer D, Krech R (1979) Neoplastische und präneoplastische Veränderungen bei Ratten nach einmaliger oraler Applikation von N-Nitrosomorpholin. J Cancer Res Clin Oncol 94:233–248
Bannasch P, Schacht U, Storch E (1974) Morphogenese und Mikromorphologic epithelialer Nierentumoren bei Nitrosomorpholin-vergifteten Ratten I. Induktion und Histologie der Tumoren. Z Krebsforsch 81:311–331
Bannasch P, Schacht U, Weidner R, Storch E (1971) Morphogenese und Mikromorphologie basophiler und onkozytärer Nierentumoren bei Nitrosamin-vergifteten Ratten. Verh Dtsch Ges Pathol 55:665–670
BerdjisCC (1963) Kidney tumors and irradiation pathogenesis of kidney tumors in irradiated rats. Oncologia 16:312–324
Dees JH, Reuber MD, Trump BF (1976) Adenocarcinoma of the kidney. I. Ultrastructure of renal adenocarcinomas induced in rats by N-(4′-Fluoro-4-biphenylyl)acetamide. J Natl Cancer Inst 57:779–794
Edwards GS, Fox JG, Policastro P, Goff U, Wolf MH, Fine DH (1979) Volatile nitrosamine contamination of laboratory animal diets. Cancer Res 39:1857–1858
Fisher ER, Horvat B (1972) Comparative ultrastructural study of so-called renal adenoma and carcinoma. J Urol 108:382–386 (1972)
Graumann W, Clauss W (1958) Weitere Untersuchungen zur Spezifität der histochemischen Polysaccharid-Eisenreaktion. Acta Histochem 6:1–7 (1958)
Grawitz P (1883) Die sogenannten Lipome der Niere. Virchows Arch 93:39–63
Gomori G (1954) The histochemistry of mucopolysaccharides. Br J exp Path 35:377–380 (1954)
Gusek W (1975) Die Ultrastruktur Cycasin-induzierter Nierenadenome. Virchows Arch [Pathol Anat] 365:221–237
Gusek W, Mestwerdt W (1969) Cycasin-induzierte Nierentumoren bei der Wistarratte unter besonderer Berücksichtigung der Adenome. Beitr Pathol Anat 139:199–218
Hagen S (1977) Zur Zellproliferation der Rattenniere unter N-Nitrosomorpholin in verschiedenen Konzentrationen. Autoradiographische Untersuchungen mit 3H-Thymidin. Inaug. Diss., Würzburg
Hamperl H (1952) Über das Vorkommen von Onkozyten in Gallenblase und Niere. Z Mikroskop Anat Forsch 59:300–303
Hamperl H (1962) Onkozyten und Onkocytome. Virchows Arch [Pathol Anat] 335:453–483
Hard GC, Butler WH (1971a) Ultrastructural aspects of renal adenocarcinoma induced in the rat by dimethylnitrosamine. Cancer Res 31:366–372
Hard GC, Butler WH (1971b) Morphogenesis of epithelial neoplasms induced in the rat kidney by dimethylnitrosamine. Cancer Res 31:1496–1505
Hruban Z, Mochizuki Y, Morris HP, Slesers A (1973) Ultrastructure of Morris renal tumors. J Natl Cancer Inst 50:1487–1495
Jasmin G, Cha JW (1969) Renal adenomas induced in rats by dimethylnitrosamine. Arch Pathol 87:267–278
Kann J, Spiegelhalder B, Eisenbrand G, Preussmann R (1977) Occurrence of volatile N-Nitrosamines in animal diets. Z. Krebsforsch 90:321–323
Kraemer PM (1971) Heparan sulfates of culturd cells. II. Acid-soluble and precipitable species of different cell lines. Biochemistry 10:1445–1451
Krech R, Bannasch P (1978) Mitochondriale Anomalien in carcinogeninduzierten Onkozyten der Rattenniere. Verh Dtsch Ges Pathol 62:495
Leder LD, Richter HJ, Stambolis Chr (1979) Pathology of renal and adrenal neoplasms. In: Löhr E (ed): Renal and adrenal tumors. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 1–68
Lis D Monis B (1978) Glycosaminoglycans in separated tubules of the guinea pig and rat kidney medulla. Experientia 34:693–695
Maldague P (1966) Radiocancérisation expérimentale du rein par les rayons X chez le rat. I. Les radiocancers du rein. Pathol Eur 1:321–409
Mao P, Molnar JJ (1967) The fine structure and histochemistry of lead-induced renal tumors in rats. Am J Pathol 50:571–603
McGivern AR, Ireton HJ (1972) Renal epithelial dysplasia and neoplasia in rats given dimethylnitrosamine. J Pathol 108:187–190
Meister P, Rabes H (1973) Nierentumoren durch Diäthylnitrosamin nach partieller Leberresektion: Morphologie und Wachstumsverhalten. Z Krebsforsch 80:169–178
Merkow LP, Epstein ShM, Slifkin M, Pardo M (1973) The ultrastructure of renal neoplasms induced by aflatoxin B1. Cancer Res 33:1608–1614
Oberling Ch, Riviere M, Haguenau Fr (1959) Ultrastructure des épithéliomas a cellules claires du rein (Hypernéphromes ou tumeurs de Grawitz) et son implication pour l'histogénèse de ces tumeurs. Bull Assoc Franc Cancer 46:356–381
Okada K, Yokoyama M, Tokue A, Takayasu H (1969) Ultrastructure of renal cell carcinoma. Urologia 36:11–19
Reuber, MD (1974) A model for carcinoma of the kidney in Buffalo strain rats ingesting N-4-(4′-fluorobiphenyl)acetamide. Gann 65:389–394
Romen W, Bannasch P (1972) Speicherung von Mucopolysacchariden und Lipiden in Tubulusepithelien der Rattenniere nach experimenteller Nierenvenenthrombose. Virchows Arch [Cell Pathol] 10:51–66 (1972)
Rosen VR Jr, Castanera TJ Kimmeldorf DC, Jones DC (1961) Renal neoplasms in the irradiated and nonirradiated Sprague-Dawley rat. Am J Pathol 8:359–370
Schiaffino St, Severin E, Hanzliková V (1979) Intermembrane inclusions induced by anoxia in heart and skeletal muscle mitochondria. Virchows Arch [Cell Pathol]31:169–179
Seljelid R, Ericsson JLF (1965) Electron-microscopic observations on specializations of the cell surface in renal clear cell carcinoma. Lab Invest 14:435–447
Sugihara R, Sugihara S (1976) Electron-microscopic observations on the morphogenesis of renal cell carcinoma induced in rat kidney by dimethylnitrosamine and N-(3,5-dichlorophenyl)succinimide. Cancer Res 36:533–550
Tannenbaum M (1971) Ultrastructural pathology of human renal cell tumors. In: Pathology Annual vol 6 Appleton-Century-Crofts New York pp 249–277
Whaley WG (1975) The Golgi-apparatus. Cell biology monographs 2. Springer, Wien New York
Whyte A, Loke YW (1978) Saccharide alterations in rat kidney associated with malignant transformation by injection of dimethylnitrosamine. Br J Cancer 37:689–700
Zippel L (1941) Zur Kenntnis der Onkozyten. Virchows Arch. [Pathol Anat] 308:360–382
Zollinger HU (1953) Durch chronische Bleivergiftung erzeugte Nierenadenome und-carcinome bei Ratten und ihre Beziehung zu den entsprechenden Neubildungen des Menschen. Virchows Arch 323:694–710
Zollinger HU (1968) Niere und ableitende Harnwege. In: Dörr W, Uehlinger E (Hrsg): Spezielle pathologische Anatomie. Springer, Berlin Heidelberg New York
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Bannasch, P., Krech, R. & Zerban, H. Morphogenese und Mikromorphologie epithelialer Nierentumoren bei Nitrosomorpholin-vergifteten Ratten. J Cancer Res Clin Oncol 98, 243–265 (1980). https://doi.org/10.1007/BF00410788
Received:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00410788
Key words
- Chromophobic tubules
- Basophilic tubules
- Polysaccharides
- Microbodies
- Brush borders
- Mitochondrial anomalies