Abstract Drosophila Dscam1 encodes ten thousand of cell recognition molecules via alternative splicing, which is required for nervous function. However, the underlying mechanism has not fully understood. Here we revealed extensive noncanonical functions of Dscam1 isoform diversity in neuronal wiring. We generated a series of allelic cis mutations in Dscam1, encoding normal number of isoforms albeit with altered isoform composition. Despite normal dendritic self-avoidance and self/non-self discrimination in da neurons, which is consistent with canonical self-avoidance model, these mutants exhibited strikingly distinct spectra of phenotypic defects in three classes of neurons: up to ∼60% defects in mushroom bodies, a significantly increased branching and growth in da neurons, and mild axonal branching defects in mechanosensory neurons. These data suggest that proper Dscam1 isoform composition is required for axon and dendrite growth in diverse neurons. This unprecedented splicing-tuned regulation unlocks new insights into the molecular mechanisms that Dscam1 isoform diversity is engaged in.

Drosophila melanogaster Down syndrome cell adhesion molecule (Dscam1) can potentially generate 38,016 different isoforms through stochastic, yet highly biased, alternative splicing. Genetic studies demonstrated that stochastic expression of multiple Dscam1 isoforms provides each neuron with a unique identity for self/non-self-discrimination. However, due to technical obstacles, the functional significance of the highly specific bias in isoform expression remains entirely unknown. Here, we provide conclusive evidence that Dscam1 splicing bias is required for precise mushroom body (MB) axonal wiring in flies in a variable exon-specific manner. We showed that targeted deletion of the intronic docking site perturbed base pairing-mediated regulation of inclusion of variable exons. Unexpectedly, we generated mutant flies with normal overall Dscam1 protein levels and an identical number but global changes in exon 4 and exon 9 isoform bias (DscamΔ4D and DscamΔ9D), respectively. DscamΔ9D mutant exhibited remarkable mushroom body defects, which were correlated with the extent of the disrupted isoform bias. By contrast, the DscamΔ4D animals exhibited a much less severe defective phenotype than DscamΔ9D animals, suggestive of a variable domain-specific requirement for isoform bias. Importantly, mosaic analysis revealed that changes in isoform bias caused axonal defects but did not influence the self-avoidance of axonal branches. We concluded that, in contrast to the Dscam1 isoform number that provides the molecular basis for neurite self-avoidance, isoform bias may play a non-repulsive role in mushroom body axonal wiring.

To describe the anatomical and histological characteristics of the human MTL (meniscotibial ligament) that keeps the meniscus stable and are rarely discussed. Descriptive laboratory study. In total, six fresh-frozen adult cadaver knees were dissected, and the dissection protocol were designed by two experienced anatomy professors. The anatomical morphology of MTL was observed. The main anatomical specimens included meniscus, tibial plateau, MTL. The osteotome was used to excise the portion of the tibial plateau, which could obtain the complex including partial meniscus, MTL, and a tibial fragment. A histopathologic study was performed by two experienced pathologists. Macroscopically, the MTL could be divided into two parts: medial meniscotibial ligament (MMTL)and lateral meniscotibial ligament (LMTL). The MMTL is distributed continuously, whereas the LMTL is discontinuous on the tibial plateau. The average length from the tibial attachment of the LMTL to the articular surface was 19 ± 1.0mm (mean ± SD). The average length from the tibial attachment of the MMTL to the articular surface was 10 ± 1.2 mm (mean ± SD). Microscopy of the MTL showed that the MTL is a ligamentous tissue, composed of a network of oriented collagenous fibers. In all knees, the MTL was inserted on the outer edge of the meniscus, attaching to the tibia below the level of articular cartilage, which was key to maintaining the rotational stability of knee and the meniscus in the physiological position on the tibial plateau. Histological analysis of this ligament demonstrated that the MTL is a veritable ligamentous structure, which is made up of collagen type I–expressing fibroblasts. This article contributes to the understanding of the anatomical and histological characteristics of the MTL. It is beneficial to promote the development of relevant surgical techniques for the MTL lesion.

By alternative splicing, Drosophila Down syndrome cell adhesion molecule (Dscam1) encodes tens of thousands of proteins required for establishing neural circuits, while Chelicerata encodes a family of ~ 100 shortened Dscam (sDscam) isoforms via alternative promoters. We report that Dscam isoforms interact promiscuously in cis to generate a vast repertoire of combinatorial homophilic recognition specificities in Chelicerata. Specifically, sDscams formed high order cis-multimers without isoform specificity involving the membrane-proximal fibronectin type III (FNIII) 1-3 and transmembrane (TM) domains and associated specifically in trans via antiparallel self-binding of the first variable immunoglobulin (Ig1) domain. We propose that such sDscam combinatorial homophilic specificity is sufficient to provide each neuron with a unique identity for self/non-self discrimination. In many respects, our results amazingly mirror those reported for the structurally unrelated vertebrate protocadherins (Pcdh) rather than for the closely related fly Dscam1. Thus, our findings blur the distinction between the neuronal self-avoidance of invertebrates and vertebrates and provide insight into the basic principles and evolution of metazoan self-avoidance and self/non-self discrimination.

SUMMARY Alternative splicing of Drosophila Dscam1 into 38,016 isoforms provides neurons with a unique molecular code for self-recognition and self-avoidance. A canonical model suggests that homophilic binding of identical Dscam1 isoforms on sister branches of mushroom body (MB) axons supports segregation with high fidelity, even when only a single isoform is expressed. Here we generated a series of mutant flies with a single exon 4, 6, or 9 variant, encoding 1,584, 396, or 576 potential isoforms, respectively. Surprisingly, most of the mutants in the latter two groups exhibited obvious defects in the growth, branching, and segregation of MB axonal sister branches. This demonstrates that repertoires of 396 and 576 Dscam1 isoforms were not sufficient for normal patterning of axonal branches. Moreover, reducing Dscam1 levels largely reversed the defects caused by reduced isoform diversity, suggesting a functional link between Dscam1 expression levels and isoform diversity. Taken together, these results indicate that canonical self-avoidance alone does not explain the function of Dscam1 in MB axonal wiring.