Multisite analysis of metabolic transients in single living cells by multichannel microfluorometry

Summary A multichannel microspectrofluorometer allows the continuous monitoring of NAD(P)-linked dehydrogenases throughout the intact cell simultaneously in correlation with intracellular topography (morphological mode) or the spectral properties of NAD(P)H emission (spectral mode). Changes in NAD(P)H levels corresponding in absolute amounts to 10^–15–10^–16 mol can be followed with a signal-to-noise ratio over 100 to 1, following imposition of metabolic transients (e. g. with glycolytic intermediates). With glucose-6-phosphate, the level of fluorescence changes in individual cell regions imaged over separate channels may differ considerably. With glucose-1-phosphate an asynchronous response is observed, with initially a few only of the channels on which the cell is imaged, joining in the response which later on spreads throughout. The natural fluorescence of the cell shows on the spectral mode a multichannel distribution practically superposable to the emission curve of NAD(P)H crystals. Since spectral scan may be completed in 32 msec, changes in the spectral curve upon imposition of a metabolic transient can be observed down to such time resolution. Using the multichannel approach a new perspective is gained of the living cell, which suggests a certain individualization of various intracellular regions (e. g. metabolic asynchronicities, local residual glycolysis despite aerobic inhibition).

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Zusammenfassung Ein Vielkanalmikrofluorimeter ermöglicht die kontinuierliche Messung NAD(P)-gebundener Dehydrogenasen innerhalb der intakten Zelle, gleichzeitig in Wechselbeziehung mit der intrazellulären Topographie (morphologische Form) oder der spektralen Eigenschaften der NAD(P)H-Emission (spektrale Form). Änderungen der NAD(P)H-Gehalte in absoluten Mengen von 10^–15 bis 10^–16 Mol infolge Überlagerung von Stoff Wechselschwankungen können mit einem Signal-Untergrund-Verhältnis von über 1001 registriert werden (z. B. glykolytische Zwischenformen). Bei Glucose-6-phosphat kann das Ausmaß der Fluoreszenzänderung, die über getrennte Kanäle beobachtet wird, in den einzelnen Zellregionen erhebliche Unterschiede aufweisen. Bei Glucose-1-phosphat wird nur mit einigen Kanälen, bei denen die Zelle betrachtet wird, anfangs ein asynchrones Verhalten beobachtet; sie stimmt dann in ihrem Verhalten überein, das sich später durchgehend ausbreitet.Die natürliche Fluoreszenz der Zelle zeigt in der spektralen Form eine Vielkanalverteilung, die praktisch der Emissionskurve der NAD(P)-Kristalle überlagert werden kann. Da die spektrale Aufzeichnung in 32 msec beendet werden kann, lassen sich Änderungen in der Spektralkurve infolge Überlagerung einer Stoffwechselschwankung bis zu einer solchen Zeitauflösung messen. Bei Verwendung der Vielkanalmethode wird eine neue Perspektive der lebenden Zelle gewonnen, die eine gewisse Individualisierung verschiedener intrazellulärer Regionen vermuten läßt (z. B. Stoffwechselasynchronitäten, lokale Restglykolyse trotz aerober Hemmungen).