Glycogen synthesis, storage and transport mechanisms in the yolk-sac membrane of the chick embryo

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Abstract
This paper deals with the relationship of structure and function in the yolk-sac membrane (YSM), a living “way station” between yolk and embryo of the chick. Through its parenchyma (entoderm) cells all yolk substances, either unchanged or enzymatically transformed into simpler metabolites, are transported to the blood of the growing embryo, wherein they are preeminently utilized as building blocks. Since glycogen must be derived from yolk and is readily visualized in entodermal cells (glycogenic cells of Claude Bernard) of the YSM it was chosen as a marker of functional activity. By a combination of methods of cytochemistry, radioautography and electron microscopy, glycogen localization in the entodermal cells and probable mode of glucose transport into the blood has been investigated during the middle third of embryonic life. The principal findings are: (1) Tritiated glucose injected into the yolk sac is incorporated into glycogen granules in the cytoplasm of entodermal cells. The labeled glycogen granules are arranged in circles about yolk spheres (“perilipid pattern”) and in basal concentrations next to the plasma membrane (“basal pattern”). These patterns are identical to those obtained by the periodic acid Schiff test. (2) In electron micrographs glycogen commonly appears as tiny packets of rosettes typically disposed in the cytoplasmic matrix between the yolk spheres but not within them. Differences in patterns of glycogen-organelle organization between apex and base of the entodermal cell suggest a state of flux of glycogen in an apical-basal direction, to wit—from initial synthesis and deposition of glycogen in the apical cytoplasm, to an area rich in glycogen deposits associated with agranular ER, to a basal area of glycogen, ready for breakdown into glucose and transport to blood. Between the glycogen of the basal cytoplasm and the blood of the venous capillary is an ultrastructural complex of perivascular spaces and cell surface membranes having micropinocytic vesicles that are seemingly adapted for the transport of glucose or other metabolites to the blood as well as for the exchange of substances between the entodermal cells and the embryo. As to the mode of uptake of yolk substances from the yolk sac into the entodermal cells, it has been established for the first time thatwhole yolk spheres of different kinds are engulfed by the coalescence of the edge of a cup-shaped fold of the plasma membrane. Pinocytic vesicles of the cell surface membrane seem to provide devices for the uptake of soluble yolk substances. Diese Arbeit handelt über Struktur und Funktion der Dottersackmembran des Hühnchens. Alle Dottersubstanzen werden, entweder unverändert, oder aber durch enzymatische Reaktionen in einfachere Metaboliten umgewandelt, durch die Entodermzellen der Dottersackmembran dem Blut des Embryos zugeführt. In dieser Arbeit wurde Glycogen als Markiersubstanz der Aktivität verwendet, weil Glycogen aus Dotter abgeleitet ist und in Entodermzellen ohne weiteres nachweisbar ist. Die Lokalisation von Glycogen in den Entodermzellen und der wahrscheinliche Weg des Glucosetransports in das Blut wurde während des mittleren Drittels der Embryonalperiode untersucht mittels cytochemischen, radioautographischen und elektronenoptischen Methoden. Folgende Ergebnisse wurden erzielt: 1. In den Dottersack injizierte, tritium-markierte Glucose wird in Glycogenkörner des Entoderm-Cytoplasmas inkorporiert. Die markierten Glycogenkörner wurden in zwei Anordnungen gefunden: kreisförmig um Dotterkugeln herum, und konzentriert in der Nähe der Basalmembran. Dieselben Anordnungs-Muster wurden auch durch den Periodsäure-Schiff-Nachweis gefunden. 2. Elektronenmikroskopie zeigt das Glycogen in kleinen Rosetten zwischen den Dotterkugeln. Unterschiede im Muster der Glycogen-Organisation zwischen Apex und Basis der Entodermzellen machen es wahrscheinlich, daß Glycogen zunächst im apikalen Cytoplasma synthetisiert und eingelagert wird, sodann in eine glycogenreiche Zone des agranulären Reticulums und schließlich zur Basis der Entodermzellen verschoben wird, wo der Abbau zu Glucose und Transport ins Blut stattfinden. Zwischen dem Glycogen des basalen Cytoplasmas und dem Blut der venösen Kapillaren besteht ein submikroskopischer Komplex von perivaskulären Räumen und Zellmembranen mit mikropinozytären Bläschen, die offenbar für den Transport von Glucose und anderen Metaboliten ins Blut, aber auch für den Austausch von Substanzen zwischen Entodermzellen und Embryo adaptiert sind. Es wurde zum erstenmal gezeigt, daß bei der Aufnahme von Dottersubstanzen in die Entodermzellenganze Dotterkugeln verschiedener Art umschlungen werden, und zwar durch das Zusammenfließen des Randes von schalenförmigen Falten der Plasmamembran. Pinozytäre Bläschen der Zellmembran scheinen verantwortlich zu sein für die Aufnahme von löslichen Dottersubstanzen.