GENERAL AND COMPARATIVE ENDOCRINOLOGY 41, 554-562 (1980)

Ultrastructure des cellules a prolactine de Gambusia sp (Poisson TMosteen) en eau deuce, en eau dbionisee et en

milieu hypersalin

P. DUBOURG,* P. CHAMBOLLE,* M. OLIVEREAU,~ ET O.KAH*

*Laboratoire de Biologie Animale A. Centre de Morphologie Expkrimentale CN&Y, Avenue des Facultks, 33405 Talence Cedex, et tlaboratoire de Physiologie de l’lnstitut OcPanographique,

195 rue St Jacques, 75005 Paris, France

Accepted February 14, 1980

L’ultrastructure des cellules a prolactine (PRL) de Gambusia a ett etudiee chez des animaux Cleves en eau deuce et en milieu hypersalin (45 g NaCYl) et au tours de l’adaptation en eau dtsionisee. En milieu hypersalin, les cellules PRL sont moins actives et les fonctions de synthese et de d&charge sont faibles, comparces a celles d’animaux en eau deuce. En eau desionisee, ces cellules s’hypertrophient et se multiplient; elles sont fortement stimulees et leur fonction de d&charge apparait alors superieure a celle de synthese. L’btude des cellules agranulaires ne permet pas de preciser leur fonction. Ces observations sont comparees a celles faites essentiellement chez les Poecilides.

Ultrastructural studies were undertaken on prolactin (PRL) cells of Gambusia collected in fresh water (ED), in hypersaline medium (45 g NaCUliter), and acclimated to deionized water (E Des). In hypersaline medium, PRL cells show a reduced activity (synthesis and release) compared with fish kept in fresh water. In deionized water, PRL cells are considerably stimulated, with hypertrophy and hyperplasia, the releasing activity being higher than the synthesizing capacity. The function of agranular cells remains unknown. These results are discussed in relation with data previously published on teleost fish, mainly the Poecilidae.

Les cellules a prolactine (PRL) des Poe&ides ont ete d&rites en microscopic photonique chez Poecilia (Folltnius, 1959; Olivereau et Ball, 1%4; 1966), Xiphophorus maculatus (Schreibman, 1964), et Gam- busia (Chambolle, 1969) et en microscopic Clectronique chez les memes especes re- spectivement par Follenius et Porte (1960) et Batten et al. (1975), par Weiss (1965), et par Chambolle et al. (1978). Elles secretent une hormone de type prolactinique indis- pensable a la survie de certains poissons hypophysectomises en eau deuce (ED), tandis que celle-ci est possible en eau saumatre (Pickford et Phillips, 1959, chez Fundulus; Ball et Olivereau 1964, chez Poecilia; Schreibman et Kallman, 1966, chez Xiphophorus; Chambolle, 1966, chez Gambusia). La prolactine ovine injectee a des animaux hypophysectomises reduirait la chute du sodium plasmatique en milieu hypotonique (Ball et Ensor, 1967).

Chez Poecilia latipinna adapte a son milieu d’elevage, l’activite des cellules PRL semble inversement proportionnelle a la salinite de celui-ci (Bail et Ingleton, 1973). Le transfert de l’eau de mer vers 1’ED stimule les cellules PRL, mais la decharge de l’hormone augmente plus rapidement que sa synthese, entrainant une degranula- tion temporaire des cellules (Batten et Ball, 1977). Cette stimulation se produit mtme en l’absence de toute connexion hypothala- mique (Ball et Olivereau, 1965; Wigham et Ball, 1977). Lors du passage inverse, de 1’ED vers l’eau salee, la synthese diminue plus lentement que la decharge (Ethridge et Benjamin, 1977, chez Poecilia reticulata; Batten et Ball, 1977, chez Poecifia latipinna). L’hormone exceden- taire ainsi obtenue est detruite par des phosphatases acides (Hopkins, 1969, chez Poecilia latipinna).

Cependant, alors que ces auteurs ont

554 0016~6480/80/080554-09$01.00/0 Copyri&t @ 1980 by Academic Press. Inc. AU rights of reproduction in any form reserved.

ULTRASTRUCTURE DES CELLULES A PROLACTINE DE Gambusia 555

analyse les modifications des cellules PRL en eau saumatre ou en eau de mer, aucun ne s’est interesst a l’aspect des cellules PRL des Poe&ides en milieu hypersalin ou en eau desioniste (E Des). Toutefois, Ab- raham (1971) et Abraham et al. (1977) ont observe en microscopic Clectronique re- spectivement les cellules PRL de Mugil cephalus et celles d’Aphanius dispar en milieu hypersalin. En microscopic photo- nique, les cellules PRL d’Anoptichthys jor- duni (Mattheij et Sprangers, 1969) et de Cichlasoma biocellatum (Mattheij et al., 1971) immerges en E Des apparaissent fortement stimulees, alors que chez l’An- guille, apres un sejour maximal de 30 jours en E Des, ces cellules sont hypoactives (Olivereau, 1967). De meme, chez le Cyprin en E Des depuis 15 ou 30 jours, aucune stimulation des cellules PRL n’a pu Ctre de- celee (Olivereau, Aimar et Olivereau, communication personnelle).

Ce travail Porte sur les modifications ul- trastructurales des cellules PRL de Gam- busia en fonction du milieu d’elevage (ED, E Des et milieu hypersalin).

MATERIEL ET METHODES

Cette experience a eu lieu au mois de novembre sur des Gambusia femelles, au repos sexuel, de taille homogene (2 cm).

Les animaux en ED sont recoltes dans des gravieres de la region bordelaise, Cleves au laboratoire a une temperature constante de 19”, et soumis a une photo- periode de 12 hr-12 hr. Apres 1 mois d’adaptation, nous avons fix6 7 poissons comme temoins.

Trente Gambusiu sont places en E Des, renouvelee tous les jours. 11s ne sont pas nourris durant toute l’ex- perience. A la suite dune forte mortalite, 15 animaux settlement or? pu %tre fries, 5 apres 7 jours, 5 aprbs 10 jours, et enfin 5 apres 14 jours (la duree de survie dans un tel milieu est rarement supkeure).

Huit Gambusia sont recoltes dans des reservoirs a poissons (anciens marais salants) de la region d’Ar- cachon, dont la salinite, a la fin du mois d’octobre, atteint 45 g/l a la suite de l’tvaporation estivale. Nous sommes peut Ctre en presence dune souche adaptte depuis de nombreuses generations a des fluctuations importantes de la salinite, car les animaux qui vivent hubituellement en ED ne supportent pas une salinite superieure a 20 g/l en laboratoire.

Toutes les hypophyses sont fixees a 15 hr, a tempe-

rature ambiante, pendant 15 min dans la glutaraldehyde a 6,25% (tampon de Sorensen pH 7,4), puis postfixees, a une temperature de 4”, pendant 45 min dans l’acide osmique a 2% (tampon de Michaelis pH 7,4). Apres inclusion a I’Epon, les observations ont ete faites au microscope electronique Philips 201.

L’histogramme du diambtre des granules se- cretoires, en excluant ceux des aires Golgiennes, est realise sur des micrographics a un grandissement de 53.700, prises au tours dune m&me seance d’observa- tion aprbs etalonnage de l’appareil. Mille mesures ont ete effect&es dune part chez 4 animaux temoins en ED, d’autre part, chez 4 animaux en milieu hypersalin. Aucune mesure n’a pu etre realiste en E Des, la forme des grains &ant trop variable.

RESULTATS

Les celhtles PRL sont groupkes en un massif compact qui constitue presque toute la pars distalis rostrale (PDR). Elles sont enserrees dans un rtseau de cellules agranulaires .

Eau douce

Les cellules PRL. Elles sont arrondies, avec un noyau reniforme et un petit nu- cltole. Le reticulum est present dans toutes les cellules sous la forme de 2 ou 3 lamelles pkinucleaires et parfois de quelques zones de reticulum pkipherique. Les mitochon- dries, pauvres en c&es, sont arrondies ou ovales. Des grains de secretion de petite taille se rencontrent au voisinage des aires Golgiennes peu &endues. Le diambtre des granules secretoires de forme generalement arrondie, varie de 80 a 320 nm (frequence maximale 180, 200 nm, Fig. la). 11s sont denses aux electrons, limitees par une membrane, et repartis dans tout le cyto- plasme (Fig. 2). 11s sont excretes par exocytoses (Fig. 3), dans des lieux prt- ferentiels a la confluence de plusieurs cel- lules PRL. Celles-ci paraissent par- ticulierement frequentes l’apres-midi, par comparison avec d’autres hypophyses tixees a minuit et a 8 hr (resultats intdits).

Les cellules PRL des animaux etudies en automne semblent plus riches en granules que celles des animaux observes au prin- temps (Kah et al., 1979). En plus d’un cycle

556 DUBOURG ET AL.

ax-node: 190nm b:mode: 130nm

FIG. 1. Histogramme des granules s&r6toires en eau deuce (a) et en milieu hypersalin (b). Ordonrke: pourcentage de la frkquence; ~abscisse: diamktre des granules en nm.

circadien deja Ctudie chez Poecilia (Batten et al., 1976) il existerait un cycle annuel de la secretion de prolactine chez Gambusia.

Les cellules agranulaires. Les cellules agranulaires et leurs prolongements s’infil- trent tres frtquemment entre les cellules PRL (Fig. 2). Elles sont tres developpees chez les animaux en ED, encerclent aussi les capillaires et bordent la neurohypo- physe rostrale. Leur noyau est allonge, le plus souvent nucleole. Leur cytoplasme, plus dense aux electrons que celui des cellules PRL, contient de tres nombreuses mito- chondries allongees et aux cretes serrees, ainsi que de petits corps de Golgi. Le reticulum vacuolaire, peu abondant, est re- parti dans tout le cytoplasme.

Milieu hypersalin

La PDR des animaux en milieu hypersa- lin est tres reduite comparativement a celle des animaux en ED. Cette diminution generale du massif est due a la tres faible taille des cellules PRL, qui sont environ deux fois plus petites que chez les temoins (comparer Fig. 2 et 4).

Les cellules PRL. L’aspect ultrastruc- tural des cellules PRL est tres modifie (Fig. 4). Le noyau, de forme tres irregu- liere, avec une heterochromatine con- den&e en masses colorables, ne posdde jamais de nucleole bien individualise. Le reticulum ergastoplasmique a presque to- talement disparu; il subsiste parfois une ou

deux lamelles, le plus souvent discontinues. Les mitochondries sont peu nombreuses. Les complexes Golgiens sont form& de petits dictyosomes. Les grains de secretion sont de taille plus reduite qu’en ED, 40 a 240 nm (frequence maximale 120, 140 nm, Fig. lb). Les figures d’exocytoses sont tres rares.

Les cellules agranulaires. Elles sont de taille reduite. Elles semblent Ctre aussi nombreuses qu’en ED. Leur cytoplasme, tres dense aux electrons, contient de nom- breuses vacuoles. Leur noyau est tres ir- regulier, avec une chromatine condensee en masses fortement colorables.

Eau desionisee

La PDR est beaucoup plus volumineuse en E Des qu’en ED. Ceci est du a une im- portante hypertrophie des cellules (com- parer Fig. 2 et 5, 6), et a leur hyperplasie. Nous avons note des mitoses chez tous les animaux en E Des, alors qu’elles sont tres rares chez les animaux en ED.

Les cellules PRL. Apres 7 jours en E Des, le nombre des granules est reduit, le reticulum perinucleaire tres developpe. Certains granules peripheriques sont de taille superieure a celle observee en ED, a la suite probablement de leur fusion. Les figures d’exocytoses sont tres nombreuses. Les complexes Golgiens, tres actifs, con- tiennent de nombreux grains en formation. Les noyaux ont une forme plus arrondie qu’en ED, et les nucltoles sont bien visibles (Fig. 5).

Apres 10 jours en E Des, le reticulum emplit toute la cellule (Fig. 6). De nom- breuses vacuoles, de taille moyenne (300 a 800 nm), apparaissent. Les complexes Gol- giens sont plus volumineux et plus actifs. Mais les cellules sont presque totalement degranulees. Les figures d’exocytoses sont rares. Par contre, nous observons tres sou- vent dans les espaces intercellulaires, situ& a la periphtrie des capillaires et au voisin- age des fibres nerveuses, une accumulation de grains de secretion de petite taille (Fig.

F %G. 2. Cellules & prolactine (PRL) et agranulaires (Ag) chez un animal en eau deuce. x8200. F ?IG. 3. Exocytoses chez un animal en eau deuce (+). x 12400. F PIG. 4. Cellules kprolactine (PRL) et agranulaires (Ag) chez un animal en milieu hypersalin. x8200.

ULTRASTRUCTURE DES CELLULES A PROLACTINE DE Gambusio 557

558 DUBOURG ET AL.

7

e

FIGS. 5 et 6. Cell&s B prdactine (PRL) et agranulaires (Ag) chez un animal en eau dkslomsee: aprks jours (Fig. 5), aprbs 10 jours (Fig. 6). x8200. FIG. 7. Accumulation de granules sbcrttoires (+) dans les espaces intercelluutaires chez un animal

n eau dtsioni&e. x 15300.

ULTRASTRUCTURE DES CELLULES A PROLACTINE DE Gambusia 559

7). Quelques cellules, isokes dans le mas- sif, contiennent des globules sphkriques en nombre variable, de mCme dens&C Alec- tronique que les grains rencontrts habi- tuellement dans les cellules PRL, mais beaucoup plus volumineux (500 B 1000 nm). Ces globules, au contour bien dkfini, se trouvent dans les dilatations du reticulum (Fig. 8). 11s ne sont jamais observks chez des animaux ClevCs en ED ou en milieu hypersalin. Chez plusieurs animaux, des hkmaties s’observent parmi les cellules PRL. En effet, des hkmorragies apparais- sent sur tout le corps, et Cgalement au niveau de l’hypophyse.

Aprks 14 jours en E Des, la vacuolisation s’intensifie. Ces vacuoles contiennent sou- vent des dCbris cellulaires, des fragments de reticulum et des ribosomes. Elles peu- vent fusionner et envahir progressivement toute la cellule.

Les cellules agranulaires. Elles parais- sent de plus comprimkes entre les cellules

PRL. Leurs prolongements cytoplasmiques sont de moins en moins repkrables. Leur noyau est entourk d’une mince couche de cytoplasme, plus dense aux Clectrons, contenant quelques mitochondries B crCtes denses et de taille rkduite. 11 apparait des corps multimembranaires et des structures semblables B des lysosomes.

DISCUSSION

Les cellules PRL

L’ultrastructure des cellules PRL de Gambusia en ED est semblable & celle dk- trite chez Xiphophorus maculatus (Weiss, 1965) et chez Poecilia latipinna (Batten et al., 1975). Dans un tel milieu la cellule est active comme le montrent l’aspect du reti- culum, des corps de Golgi et les nombreuses exocytoses. La densit variable des granules ainsi que la frkquence intgale des exocytoses laissent envisager que l’activitk des cellules n’est pas synchrone dans tout le massif.

FIG. 8. Globules dam me cellule B prolactine (PRL) chez un animal en eau dksioniste. x8200.

560 DUBOURG ET AL.

Les differences ultrastructurales ob- suggerant l’idee dune synthese hormonale servees entre les animaux eleves en ED, en accrue. La rarefaction des granules se- eau de mer ou en milieu hypersalin ont ete cretoires est interpretee comme l’indice d&rites chez de nombreuses especes de d’une d&charge tes elevee, mais aussi d’une

Teleosteens. Nous retiendrons surtout les principaux travaux effectuts chez les Poecilides, en particulier chez Xiphophorus helleri en eau saumatre (Holtzman et Schreibman, 1972), et chez Poecilia latipinna en eau de mer (Batten et al., 1975; Batten et Ball, 1977). Chez Gambusia, les resultats sont cornparables: en milieu hypersalin, l’ergastoplasme et les com- plexes Golgiens sont peu developpes; les exocytoses sont rares. Ces modifications indiquent une reduction de l’activite de synthese et de d&charge de la cellule. L’as- pect des noyaux de Gambusia, soit en ED, soit en milieu hypersalin est comparable a celui deja decrit par Abraham et al. (1977) chez Aphanius dispar.

Nous n’observons pas une plus forte granulation des cellules PRL de Gambusia en milieu hypersalin, d&rite chez Poecilia adapt6 en eau de mer. Nos observations s’accordent, par contre, avec celles d’Ab- raham (1971) chez Mugil cephalus qui a signale une degranulation des cellules PRL en milieu hypersalin. Le diametre moyen des grains est plus eleve en ED qu’en milieu hypersalin. Cette constatation deja analy- see par Schreibman et al. (1973), con- corde avec celles de Batten et Ball (1977) chez Poecilia latipinna en eau de mer, d’Abraham (1971) chez Mugil cephalus, et d’ Abraham et al. (1977) chez Aphanius dis- par en milieu hypersalin. Batten et Ball (1977) pensent que la faible taille des granules resultemit de leur utilisation (“di- gestion lytique”) avant qu’ils n’aient fusion& entre eux pour donner des grains de taille comparable a celle des temoins. Toutefois, a l’inverse de ces auteurs, nous n’avons pas observe chez les animaux en milieu hypersalin d’inclusions lysoso- miques. Malgre la forte reduction du vol- ume de la PDR et des cellules PRL en milieu hypersalin, le reticulum endoplas- mique reste t&s developpe chez Mugil,

activite de synthese insuffisamment aug- mentee (Abraham, 1971). Cette hypothese ne Concorde pas avec celle de Ball et In- gleton (1973) et Ingleton et al. (1973) qui ont montre que la synthese et la decharge de prolactine sont synchrones chez Poecilia latipinna adapt6 a son milieu, quelle qu’en soit la salinite.

Apres 7 jours en E Des, l’activite de synthese de la cellule pat-tit fortement ac- crue: developpement important du reticu- lum ergastoplasmique, et nombreux grains en formation dans les aires Golgiennes. Toutefois, l’activite de d&charge semble superieure a celle observee en ED. Pendant les jours suivants ces processus s’intensi- fient. Apt-es 14 jours en E Des, de nom- breux granules s’observent dans certains espaces intercellulaires proches des capil- laries et des hemorragies apparaissent. Celles-ci indiquent une fragilite des parois vasculaires peut Ctre lice au destquilibre Clectrolytique signale chez 1’Anguille en E Des (Olivereau, 1966).

La presence de gros globules (jusqu’a 10 pm de diametre) dans le reticulum endo- plasmique a deja ete signalee dans plusieurs categories de cellules hypophysaires, en particulier dans la pars intermedia d’Anolis carolinensis in situ (Forbes, 1972, Larsson et al., 1979) et dans celle de Xenopus in vitro oh ils peuvent Ctre marques apres in- cubation en presence de [3H]glycine (Hop- kins, 1972). Ce fait concerne generalement des cellules t&s actives; les globules s’ac- cumuleraient et pourraient m&me se con- denser dans les citemes ergastoplasmiques par suite d’une synthese proteique su- perieure aux capacites de formation de- finitive (packaging) du granule dans le com- plexe Golgien (Hopkins, 1972). I1 s’agirait d’un compose peptidique, mais non dune prohormone.

Dans les cellules PRL stimulees, chez Platichthys stellatus, adapte en eau deuce

ULTRASTRUCTURE DES CELLULES A PROLACTINE DE Gambusia 561

depuis 10 jours seulement, les citernes di- lathes du reticulum contiennent un materiel dense aux electrons, mais de forme tres ir- reguliere (Nagahama et al., 1973). Des amas similaires s’observent dans les citemes des cellules PRL hypoactives chez Pungitius pungitius dont l’hypophyse con- tient des kystes; ces masses proviendraient de la condensation des secretions dans le reticulum endoplasmique granulaire plutot que dans l’appareil de Golgi (Benjamin, 1979). Ces divers exemples suggerent que le transfer-t des produits form& darts l’ergas- toplasme vers l’appareil de Golgi serait al- tere dans les cas de stimulation cellulaire excessive, comme dans le cas des cellules PRL de Gambusia en E Des, en accord avec l’hypothese d’Hopkins (1972), mais un phenomtne similaire pourrait aussi avoir lieu dans certains cas d’hypoactivite.

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Les cellules agranulaires trastructural evidence of alterations in prolactin secretion related to external salinity in a teleost

biotopes de salinites differentes, les cellules

ments contiennent de petits granules de la

Chez Mugil cephalus capture dans des

agranulaires constituent un “systeme

taille des ribosomes, soit 20-30 nm. Une

canaliculaire intercellulaire” dont les ele-

r@onse de ce systeme aux variations de la salinite exteme n’a pas tte decelee (Ab- raham, 1971). De tels grandles n’ont pas ete

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Les cellules PRL de Gambusiu sont done l’hypophyse de Gumbusiu (Poisson teltosteen):

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