Studies in the diabetic mutant mouse: II. Electron microscopy of pancreatic islets

Summary

Electronmicroscopic studies were performed on the pancreatic islets of normal mice (C 57BL/ KsJ) and of diabetic mutants (C 57 BL/Ks-db/db) at all stages of the syndrome. The ultrastructural appearance of the islets of prehyperglycemic mutants (Blood Glucose < 120 mg/100 ml) did not differ from that of normal mice. The two could not be differentiated without the aid of radioautography, which demonstrated that the beta cells of prehyperglycemic mutants incorporated thymidine-³H with greater frequency. Beta cells of early hyperglycemic mice (BG 130–200 mg/100 ml) revealed partial secretory degranulation, increased quantities of rough endoplasmic reticulum and enlarged Golgi structures. Beta cell necrosis was most common in mice with established hyperglycemia during the period of most rapid blood glucose elevation. It negated the effects of the short lived increase in beta cell proliferation and was eventually responsible for a reduction in beta cell mass and relative insulin insufficiency. The presence of unique intra-islet ductal structures and acinar cells later in the syndrome is unknown in other diabetic models. The proliferating ductal epithelial cells presumably gave rise to ciliated cells, mucous goblet or Paneth cells and pancreatic acinar cells, but no evidence of beta cell neogenesis was obtained. “Virus-like” particles were identified within intact and necrotic beta cells and intra-islet acinar cells.

Résumé

Des études au microscope électronique ont été faites sur des îlots pancréatiques de souris normales (C 57 BL/KsJ) et de mutants diabétiques (C 57 BL/Ks-db/db) à tous les stades du syndrome. L'aspect ultrastructurel des îlots des mutants préhyperglycémiques (taux de glucose sanguin 120 mg%) ne diffère pas de celui de souris normales. Il n'a pas été possible de distinguer les deux catégories sans l'aide de l'autoradiographie qui montre une plus grande fréquence d'incorporation de la³H-thymidine dans les cellulesβ des animaux préhyperglycémiques. Dans les cellulesβ de souris présentant depuis peu une hyperglycémie (glucose sanguin entre 130 et 200 mg%), on observe une dégranulation partielle, une augmentation du réticulum endoplasmique granulaire et un élargissement du complexe de G-olgi. Des nécroses de cellulesβ sont très fréquentes chez les souris ayant une hyperglycémie manifeste au cours de la période de l'ascension rapide du glucose sanguin. Ce phénomène annule les effets de l'augmentation passagère dans la prolifération des cellulesβ et pourrait être éventuellement responsable de la réduction de la masse des cellulesβ et du manque relatif en insuline. La présence de structures tabulaires uniques dans les îlots et de cellules acinaires à un stade plus avancé du syndrome n'a pas été décrite dans d'autres types de diabète. La prolifération des cellules tubulaires épithéliales est probablement à l'origine des cellules ciliées, des cellules à mucus ou cellules de Paneth et des cellules pancréatiques acinaires, mais on n'a pas pu démontrer une néogénèse des cellulesβ. Des particules ressemblant à des virus ont pu être identifiées dans des cellulesβ intactes et nécrotiques ainsi que dans les cellules acinaires intra-insulaires.

Zusammenfassung

Die Langerhans'schen Inseln normaler (C 57 BL/KsJ) und hereditär diabetischer (C 57 BL/ Ks-db/db) Mäuse wurden mit dem Elektronenmikroskop untersucht. Vor Auftreten des hyperglykämischen Syndroms konnten in den Inseln künftig diabetischer Tiere keine ultrastruktyurellen Veränderungen festgestellt werden. — Dagegen zeigten autoradiographische Untersuchungen mit Thymidin-³H eine deutlich erhöhte Inkorporation der markierten Substanz in die Inseln der künftig hyperglykämischen Tiere. Die B-Zellen mäßig hyperglykämischer Tiere waren teilweise degranuliert, ihr ergastoplastisches Reticulum war deutlich sichtbar und der Golgi-Komplex vergrößert. B-Zellnekrose war bei Tieren mit länger dauernder Hyperglykämie und im Verlauf des schnellen Anstiegs der Blutzuckerkonzentrationen am häufigsten zu sehen. Trotz vorübergehender Steigerung der B-Zellproliferation nahm die Gesamtzahl der B-Zellen progressiv ab. Besondere Aufmerksamkeit wird den bisher bei keinem andern hyperglykämischen Zustand beschriebenen und beidb/db-Mäusen in einem fortgeschrittenen Stadium des Syndroms anzutreffenden, innerhalb der Inseln lokalisierten tubulären Strukturen geschenkt. Die proliferierenden epithelialen Zellen schienen für das Auftreten von mit Zilien versehenen Zellen, Schleimzellen und acinären Zellen verantwortlich zu sein, doch konnte kein Hinweis für das Vorkommen einer Neubildung von B-Zellen aus exokrinen Mutterzellen gefunden werden. Sowohl in normalen und nekrotischen B-Zellen als auch in den acinären Zellen wurden von Viren nicht zu unterscheidende Strukturen festgestellt.