Ennio Pannese

Investigations on the ultrastructural changes of the spinal ganglion neurons in the course of axon regeneration and cell hypertrophy

Die morphologischen Veranderungen, die an den Spinalganglienzellen nach Durchtrennung ihres afferenten Axons auftreten, wurden bei Lacerta muralis untersucht. Die den Spinalganglien angehorenden Nerven wurden durch Schwanzamputation durchtrennt. Die licht- und elektronenmikroskopischen Befunde wurden systematisch verglichen.

Intercellular junctions in the vascular stria and spiral ligament

The junctional complexes in the vascular stria and spiral ligament of the chinchilla inner ear have been studied using the electron microscope with freeze-fracture technique. The intercellular spaces of the vascular stria are sealed towards the endolymph by the zonulae occludentes “intermediate to tight” of the marginal cells and towards the perilymph by the zonulae occludentes “very tight” of the basal cells. All the cells of the vascular stria and spiral ligament have their cytoplasms in direct communication, which is mediated by numerous gap junctions. The significance of the junctional complexes of the vascular stria probably is connected with the unique ionic composition of the cochlear endolymph and with the maintenance of steep solute gradients by active transport in the stria.

Observations on the morphology, submicroscopic structure and biological properties of satellite cells (S.C.) in sensory ganglia of mammals

ZusammenfassungDie Untersuchung der perisomatischen und periaxonalen Satelliten in sensiblen Ganglien verschiedener Säuger hat folgende Ergebnisse:Es wird nachgewiesen, daß die Satelliten um das Neuron eine ununterbrochene Hülle bilden, die es von den Bindegewebsstrukturen des Ganglions vollständig trennt. Jeder Satellit ist von seiner eigenen Zellmembran scharf begrenzt; die Membranen der anliegenden Zellen sind durch Zwischenräume von etwa 200 Å getrennt. Die Form der Satelliten ist im wesentlichen laminär: die Abbildungen von Zellen mit feinen verzweigten Fortsätzen, die hauptsächlich durch Silberimprägnation gewonnen wurden, geben meistens Artefakte wieder.Die Satelliten haben innige Beziehungen zum Neuron, von dem sie durch einen dünnen Zwischenraum (etwa 200 Å), von den entsprechenden Zellmembranen abgegrenzt, getrennt sind: die Satelliten passen sich jeder Unregelmäßigkeit der Neuronenoberfläche an, die durch kleine Paraphyten hervorgerufen wird.Wo der Neurit erscheint, stellen sich die perisomatischen Satelliten ein. Sie werden von den periaxonalen Satelliten ersetzt und diese ihrerseits von den Schwannschen Zellen.Die Satelliten enthalten manchmal ergastoplasmische Bildungen. Im großen und ganzen ist die Struktur dieser Zellen derjenigen der Schwannschen Zellen und vieler protoplasmatischen Gliocyten des Zentralnervensystems ähnlich.Während des körperlichen Wachstums erfahren die Satelliten eine bedeutend geringere Volumen-Zunahme als die Neurone, aber sie vermehren sich häufig durch mitotische Teilung. Beim Erwachsenen sind die Mitosen dagegen sehr selten. Das endgültige Volumen der Satelliten ist eher gleichmäßig, es entspricht dem Drieschschen-Gesetz. Auf Grund der gewonnenen Daten kann man diese Zellen als stabile Elemente im Sinne Bizzozeros betrachten.Über den funktionellen Wert der Satelliten äußert sich der Verfasser auf Grund der morphologisch und biologisch gesammelten Daten. Da diese Zellen immer zwischen den Blutgefäßen und den Neuronen liegen, muß ihre Tätigkeit trophischer Art sein. Die morphologischen Untersuchungen können allerdings nicht feststellen, ob diese trophische Funktion nur in einer Filtrierung der von den Blutgefäßen herkommenden Substanzen oder auch in ihrer Verarbeitung besteht.Schließlich behauptet der Verfasser, daß die perisomatischen und periaxonalen Satelliten einerseits eine große Ähnlichkeit mit den perineuronalen protoplasmatischen Gliocyten des Zentralnervensystems aufweisen, andererseits mit den Schwannschen Zellen. Es ist vielleicht möglich, in einer Kategorie viele Zellen zusammenzufassen, die in enger Beziehung zu den Neuronen stehen und ähnliche funktionelle Eigenschaften besitzen, Zellen, die sowohl dem zentralen als auch dem peripheren Nervensystem angehören.

Observations on the ultrastructure of the enamel organ. III. Internal and external enamel epithelia.

The internal and external enamel epithelia of the cat were studied by means of electron microscopy before the formation of dentine and enamel. In stage I, at the boundary between internal and external enamel epithelia and the surrounding mesenchyme, there is a continuous electron-dense lamella of about 100–250 A in thickness (basement membrane according to electron microscopists). This structure between the external enamel epithelium and the dental sac persists into the next stage, but it cannot be seen at the boundary of the dental papilla after the odontoblastic differentiation. At this stage the enamel organ and the dental papilla are separated by an interval of 150–4000 A, bounded by the opposed surfaces of the internal enamel epithelial cells and the odontoblasts. The internal enamel epithelial cells undergo a series of gradual changes as a result of which they assume a highly organized morphological polarity, and become secretory cells (ameloblasts). The process is a true cytological differentiation. The metabolic materials reach the enamel organ mainly from the capillaries of the dental sac. They penetrate mainly through the external epithelium, at which level there is evidence of a submicroscopic pinocytosis, and reach the internal enamel epithelium after passing through the stellate reticulum and stratum intermedium. This flow of metabolic materials is clearly polarized from the external toward the internal enamel epithelium. Before enamel formation the internal enamel epithelium undergoes structural changes which facilitate the exchange of materials between the cells and the intercellular spaces.

Satellite cell reactions to axon injury of sensory ganglion neurons: Increase in number of gap junctions and formation of bridges connecting previously separate perineuronal sheaths

This study investigated satellite cell changes in mouse L4 and L5 spinal ganglia 14 days after unilateral transection of sciatic and saphenous nerves. The ganglia were studied under the electron microscope in single and serial sections, and by dye injection. Satellite cell responses to axon injury of the neurons with which they are associated included the formation of bridges connecting previously separate perineuronal sheaths and the formation of new gap junctions, resulting in more extensive cell coupling. Some possible consequences of these satellite cell reactions are briefly discussed.

Quantitative relationships between nerve and satellite cells in spinal ganglia. An electron microscopical study. I. Mammals

Abstract Quantitative relationships between the volume of the satellite cell sheath and the volume and surface area of the related neuronal body were studied by electron microscopy in spinal ganglia of the cat and rabbit. The volume of the satellite cell sheath was directly proportional both to the volume and to the surface area of the related neuronal body. Volumes of satellite cell sheaths enveloping nerve cell bodies of the same volume (or surface area) were greater in the cat than in the rabbit. These results, together with others that factors controlling balanced growth of nerve and glial tissue operate during spinal ganglion development. While it has been known for some time that the peripheral field of innervation can control the volume of the associated ganglionic neuronal body, these results suggest that size, surface area, and perhaps other characteristics of the neuronal body can, in turn, control the volume of the related satellite cell sheath. As far as satellite cell function is concerned these results agree with the hypothesis that satellite cells could supply the metabolic requirements of the neuron.

Intercellular junctions in the organ of Corti as revealed by freeze fracturing.

The junctions between the cells of the organ of Corti have been investigated with the freeze-fracture method in the chinchilla inner ear. Numerous gap junctions have been found among all the supporting cells, particularly at the level of their basal part. This means that the supporting cells have their cytoplasm electrotonically and metabolically coupled. Gap junctions were not observed between supporting and sensory cells nor between sensory cells and nerve endings. At this level the transmission should be chemically mediated.

Intercellular junctions and other membrane specializations in developing spinal ganglia: a freeze-fracture study.

Intercellular junctions and other membrane specializations of neuroblasts and satellite cells were studied in spinal ganglia of chick embryos at the 4th, 10th, and 16th incubation days using the freeze-fracture technique. At the 4th day neuroblasts are closely arranged and connected by gap junctions. At the 10th day, instead, satellite cells appear interposed between neuroblasts so the gap junctions previously joining the latter are no longer evident. These temporary junctions probably play a role in cell differentiation and intercellular adhesion. Together with adhering junctions, gap junctions might maintain the cell organization of the ganglionic rudiment, which at the 4th day still lacks connective tissue. At the 10th day adjacent satellite cells display on their split plasma membrane small gap junctions, short, usually isolated strands recalling those composing zonulae occludentes, and orthogonal particle assemblies. These two latter specializations are still evident at the 16th day. The possible significance of these specializations is briefly discussed.

Number and structure of perisomatic satellite cells of spinal ganglia under normal conditions or during axon regeneration and neuronal hypertrophy

ZusammenfassungDie Satellitenzellen des Spinalganglions der Eidechse (Lacerta muralis) wurden im normalen und experimentell veränderten Zustand — d. h. nach Durchtrennung des afferenten Axons und während der Hypertrophie der Nervenzellen des Spinalganglions, die der Ausdehnung des peripheren Innervationsgebietes folgt — licht- und elektronenmikroskopisch untersucht.Die Grundeigenschaften der Satellitenzellen der Eidechse sind denjenigen ähnlich, die in Spinalganglien der Säugetiere und Amphibien beobachtet wurden. Auch bei der Eidechse sind die Satelliten einkernige Einzelzellen, die eine geschlossene Hülle um den Zelleib bilden. Die Verbindungen zwischen den anliegenden Satelliten sind bei der Eidechse im allgemeinen weniger kompliziert als bei den Säugetieren. Die Dicke der Satellitenhülle variiert von einer Strecke zur anderen; in einigen Strecken liegt sie unter 2000 Å.Im Zytoplasma der Satelliten findet man stets Mitochondrien — deren Zahl für jeden μ2-Schnitt dreimal geringer ist als jene, die in den entsprechenden Neuronen gefunden wurde —, das endoplasmatische Reticulum, vorwiegend von regellos angeordneten Zisternen gebildet, einen wenig entwickelten Golgi-Apparat und Ribosomen. Manchmal findet man auch Centriolen, Cilien ohne das zentrale Fibrillenpaar, Filamente (zahlreicher als in den Satellitenzellen der Säugetiere und weniger als in jenen der Amphibien), den Lysosomen ähnliche Granula und Granula mit gleicher Ultrastruktur wie die Lipofuszinkörnchen. Kleine Vesikel, die aus dem Golgi-Apparat entstehen, fließen anscheinend später zu vesikelhaltigen und elektronendichten Körpern zusammen. Die Bedeutung des Verhältnisses zwischen dem Golgi-Apparat, den vesikelhaltigen und den elektronendichten Körpern sowie der Endverlauf der beiden letztgenannten konnte nicht festgestellt werden.Die Durchmesser der Neurone und die Zahl der entsprechenden Satelliten wurden an Serienschnitten lichtmikroskopisch gemessen. Auf diese Weise wurde das Verhältnis zwischen Satelliten und Neuronen quantitativ festgestellt: es entspricht etwa demjenigen, das bei der Ratte festgestellt wurde.Bei erhöhter Stoffwechsel-Aktivität der Neurone, d. h. während der Regeneration des Axons und Hypertrophie des Zelleibes, zeigen die entsprechenden Satelliten folgende Veränderungen: Ihr Kern nimmt an Volumen zu (etwa 46% im Durchschnitt), das Kernkörperchen zeigt Veränderungen der Ultrastruktur, der Golgi-Apparat erscheint hypertrophisch, die aus dem Golgi-Apparat entstandenen kleinen Vesikel und die elektronendichten Körper scheinen zahlreicher geworden zu sein. Die Durchschnittszahl der Mitochondrien für jeden μ2-Schnitt ist dagegen nicht wesentlich geändert. Diese Veränderungen können dahingehend gedeutet werden, daß während der erhöhten Stoffwechsel-Aktivität der Neurone auch die Aktivität ihrer Satellitenzellen ansteigt.Die Zahl der entsprechenden Satellitenzellen wächst im Verlaufe der Hypertrophie des Zelleibes durch Mitose. Auf diese Weise paßt sich die Masse der Satellitenzellen der erhöhten Neuronenmasse an.Die ermittelten Befunde stützen die früher vorgetragenen Hypothesen (Pannese 1960): a) die Satellitenzellen sind in der Lage, ihren Stoffwechsel zugunsten der Neurone zu aktivieren, b) sie sind stabile Elemente im Sinne Bizzozeros.

Cholinesterase activity in spinal ganglia neuroblasts: a histochemical study at the electron microscope.

Cholinesterase activity was localized in spinal ganglia of chick embryos with Karnovskys method at the electron microscope. Controls with eserine, BW 284 C 51, and iso-OMPA were carried out. Acetylcholinesterase activity was present at 3 days of incubation. This enzymatic activity was evident in the following sites: perinuclear cisterna of some of the probably undifferentiated cells; perinuclear cisterna and granular endoplasmic reticulum of some of the mitotic cells; perinuclear cisterna and granular endoplasmic reticulum of transitional cells, primitive and intermediate neuroblasts, pseudo-unipolar nerve cells; along the perikaryal plasma membrane and axolemma. In spinal ganglion neuroblasts acetylcholinesterase activity appeared long before synaptic function onset and, therefore, seems to be independent from it. Nonspecific cholinesterase activity was localized within the perinuclear cisterna and granular endoplasmic reticulum of the satellite cells. In neuroblast Golgi complex vesicles and dense bodies a positive reaction was evident, which perhaps is partly due to a nonspecific esterasic activity.