Mémoire

Ultrastructure of Trypanosoma lewisi, Localization and Alterations in Rat Liver

Ultrastructure de T. lewisi, localisation et altérations hépatiques chez le rat

Department of Biology, Georgetown University Washington, D.C. 20007, U.S.A..

Abstract

Fine structure of Trypanosoma lewisi in rat liver has been studied by electron microscopy 14 days after infection. Various sections examined showed the parasites to be located in liver’s sinusoids or space of Disse.

Electron micrographs demonstrate that the contact between the flagellum and the pellicle at the attachment zone is maintained through a desmosome-like substance, while a peculiar section illustrates a fusion of two cells which tangentially depict lattice-like surface and cross-striation of flagellar bundle.

Parasites found in sinusoids showed double-membranes, double coiled, DNA-rich kinetoplast with cristae present in basal portion and a prokinetosome parallel in position to the kinetosomal plate which is completely separated from the kinetosome that fastens the flagellum to it like a zipping hook. The positions of these flagellar organelles to the kinetoplast indicate that the kinetosome replication is initiated beyond the kinetoplast division. It is not certain whether the four vacuole-like tubules located in the cytoplasm parallel to kinetosome complex are functionally related to impulse coordination. However, they appear to be involved in pinocytotic activity.

Striking features of the parasite in the sinusoid and space of Disse include dense cytoplasmic granules, free ribosomes, nucleus with double membranes and nuclear pores, variable size vacuoles, dense bodies, and rough surface endoplasmic reticulum stretching from the anterior region and bypassing the golgi area all the way to the posterior end of the kinetoplast. The existence of a continuous highly organised relationship between the external nuclear membrane, endoplasmic reticulum and other cytoplasmic contents is demonstrated in the micrographs of the ’ liver parasites The complexity observed and reported here is further documented by (a) that external mitochondrial membrane is shown to be in contact with sub-pellicular microtubules, (b) unity and continuity of the mitochondria with an agranular secretory reticulum exist, and (c) that the elongated mitochondrial extension from the kinetoplast deep into the cytoplasm confirms a previous report that it originates from the kinetoplast. The presence of abundant free ribosomes in the parasite convincingly indicates that the organism is progressively synthesizing more protein when trapped in the tissue.

The investigation also demonstrates that when Trypanosoma lewisi where found enclosed in hepatic sinusoid and space of Disse, pathological alterations in the parasite occurred. Inflammation of flagellum at the base and the entire cytoplasmic content of the mid-posterior portion of the organism also occurred.

Liver cells parasitized by the trypanosomes showed dilated cisternae of endoplasmic reticulum, swollen mitochondria, fatty infiltrations, dense bodies, vacuoles of different sizes and numerous clusters of ferritin granules. The parasite increased rhythmic activity of locommotion might have enhanced these alterations. Hydrolytic effect of numerous lysosomes of the liver cells might have accelerated the alterations. On the other hand the accumulation of excessive metabolic products of the parasites themselves could also have exerted alterable effect on the liver cells and the sinusoids. Lysosomes or microbodies found in the various liver trypanosomes were possibly spontaneously released by rupture due to injured or dying cells.

Résumé

La microstructure de Trypanosoma lewisi dans un foie de rat a été étudiée au microscope électronique quinze jours après l’infection. Les études faites sur différentes sections ont montré que les parasites se logent dans le foie, dans la sinusoïde ou l’espace lymphatique.

Comme l’ont montré les micrographies électroniques, le contact qui existe entre le flagelle et la membrane, à leur zone de fixation, est maintenu par une substance d’apparence desmosomique, tandis qu’une section en particulier donne l’exemple d’une fusion de deux cellules qui, de manière tangentielle, forment une surface grillagée et montrent aussi un faisceau flagellaire strié transversalement.

Les parasites trouvés dans la sinusoïde ont fait apparaître un cinétoplaste riche en ADN, à membranes et filaments doubles, présentant des crêtes dans la portion basale ainsi qu’un procinétosome parallèle à la plaque cinétosomale ; celui-ci est complètement séparé du cinétosome qui forme un lien avec le flagellum comme le crochet d’une fermeture-éclair. La position de ces organelles flagellaires par rapport au cinétoplaste indique que la multiplication cinétosomique s’amorce au-delà de la division cinétoplastique. Il n’est pas certain que les quatre tubules d’apparence vacuolaire placées dans le cytoplasme parallèlement au complexe cinétosomal aient une relation fonctionnelle avec la coordination de la poussée motrice. Toutefois, ils semblent liés à l’activité pinocytotique.

On relève chez le parasite logé dans la sinusoïde et l’espace lymphatique les caractéristiques suivantes : des granules cytoplasmiques denses, des ribosomes libres, un noyau à membranes doubles et pores nucléaires, des vacuoles de taille variable, des corps denses et un réticulum endoplasmique à surface rugueuse s’étendant de la région antérieure à l’extrémité postérieure du cinétoplaste, en contournant la zone de Golgi. Les micrographies des parasites du foie ont prouvé l’existence de rapports continus hautement organisés entre la membrane nucléaire externe, le réticulum endoplasmique et une autre substance cytoplasmique. La complexité des phénomènes observés est soulignée par les faits suivants : (a) la membrane mitochondriale externe est en contact avec les microtubules subpelliculaires ; (b) il y a unité et continuité de la mitochondrie avec un réticulum sécréteur agranulaire ; (c) la surélongation mitochondriale, qui prend son origine dans le cinétoplasme, s’encastre profondément dans le cytoplasme ; ceci confirme les données d’un rapport antérieur selon lequel l’élongation prend son origine dans le cinétoplaste. La profusion de ribosomes libres dans le parasite indique que l’organisme synthétise progressivement davantage de protéines lorsqu’il est bloqué dans le tissu.

Ces travaux de recherche ont également démontré que lorsque Trypanosoma lewisi se trouve enfermé dans la sinusoïde hépatique et dans l’espace lymphatique le parasite subit une détérioration pathologique. Il y eut également inflammation du flagelle à la base et frappant toute la substance cytoplasmique de la portion centrale et postérieure de l’organisme.

Les cellules du foie infectées par les trypanosomes accusaient des citernes dilatées du réticulum endoplasmique, une mitochondrie enflée, des infiltrations adipeuses, des corps denses, des vacuoles de taille variable et de nombreux amas de granules de ferritine. Le rythme accru de l’activité locomotrice provoqué par le parasite aura peut-être aggravé ces détériorations. L’effet hydrolitique des nombreux lysosomes des cellules du foie aura peut-être accéléré ces modifications. D’autre part, l’accumulation excessive de produits métaboliques des parasites eux-mêmes aura peut-être causé des modifications des cellules sinusoïdales du foie. Les lysosomes ou microcorps trouvés dans les différents trypanosomes du foie ont été peut-être libérés spontanément à la suite d’une rupture de cellules lésées ou mourantes.