The investigation of critical parameters in the glycolytic response of single living cells by rapid microspectrofluorometric analysis

Summary

NAD(P)H fluorescence emission spectra are recorded from single living cells, by a recently developed multichannel microspectrofluorometric technique, in correlation with the intracellular microelectrophoretic addition of substrate (i. e., glucose-6-P). These spectra may be used as a reference basis in establishing the critical parameters to be followed when the same studies are extended to a variety of cells, submitted to various drug effects or physical treatments. The sum-spectra corresponding to channel by channel (wavelength by wavelength) summation of spectra obtained from various cells within a series, before and after addition of substrate, and their difference spectrum may be normalized and evaluated comparatively. The NAD(P)H emission maximum prior to addition of substrate seems to present a mixture of dehydrogenase-bound and free coenzyme. There is a suggestion that immediately after substrate, i. e., at 5 sec, an increase in free NADH is first observed. While the overall changes in fluorescence intensity associated with substrate are quite large (50–150% increase), the counts (i. e., an expression of photons) associated with shifts in the emission maximum (free vs. bound NAD(P)H changes) are at times barely above noise. Rapid microspectrofluorometry provides in principle the most direct approach for the identification of coenzyme bound to various dehydrogenases in single living cells, but further improvements in spectral resolution and signal-to-noise ratio are required, for a better definition of the spectral shifts which may be observed.

Zusammenfassung

Mit Hilfe einer kürzlich entwickelten Mehrkanal-Mikrospektrofluorometer-Methode wurden von einzelnen lebenden Zellen nach intrazellulär mikroelektrophoretischer Substratzugabe (z. B. Glucose-6-P) NAD(P)H Fluoreszenz-Emissionsspektren aufgenommen. Diese Spektren können als Vergleichsbasis bei der Festsetzung der entscheidenden Parameter verwendet werden, wenn die gleichen Untersuchungen auf eine Reihe von Zellen ausgedehnt werden sollen, die verschiedenen Medikamenteffekten oder physikalischer Behandlung ausgesetzt werden. Die Summenspektren, die der kanalmäßigen (wellenlängenmäßigen) Summierung der Spektren von verschiedenen Zellen innerhalb einer Serie, vor und nach Substratzugabe entsprechen, sowie ihre Differenzspektren können normalisiert und vergleichsweise ausgewertet werden. Das NAD(P)H-Emissionsmaximum vor der Substratzugabe scheint ein Gemisch von freiem und dehydrogenasegebundenem Coenzym darzustellen. Unmittelbar nach Substratzugabe (d. h. nach 5 sec) ist ein Anstieg an freiem NADH das erste Mal zu beobachten. Während die mit dem Substrat einhergehenden Gesamtveränderungen der Fluoreszenzintensität recht groß sind (50–150% Anstieg), sind die Impulse (als Effekt der Photonen), die mit einer Verschiebung im Emissionsmaximum verbunden sind (Veränderungen von freiem und gebundenem NAD(P)H) zu manchen Zeiten kaum höher als das Rauschen. Die rasche Mikrospektrofluorometrie stellt im Prinzip die direkteste Methode zur Identifizierung von Coenzymen dar, die an verschiedenen Dehydrogenasen in einzelnen lebenden Zellen gebunden sind. Weitere Verbesserungen der Spektralauflösung und der Empfindlichkeit (signal-to-noise ratio) sind notwendig, um die Spektralverschiebungen, die beobachtet werden, besser auswerten zu können.