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在神经回路的组装过程中,相同神经元的树突或轴突相互排斥产生“自我规避”的现象,而不同神经元的神经突可以彼此识别为“非我”,进而交叉在一起。该过程需要细胞表达大量的识别分子组合,赋予单个神经元独特的识别标签,从而使神经突能够精确地区分自我/非我成分。唐氏综合征细胞黏附分子（Dscam1）和成簇原钙黏蛋白（Pcdh）分别在果蝇和脊椎动物神经元的自我识别中扮演重要角色。黑腹果蝇Dscam1基因通过可变剪接方式产生的同源异构体多达38,016种,脊椎动物成簇Pcdh通过选择性启动子产生约60种蛋白异构体。研究显示,Dscam1和成簇Pcdh均通过高度严格的特异性同源结合产生大量的分子多样性,但是,其它物种是否存在具有类似同源异构体多样性的分子尚不清楚。最近,本课题组在螯肢动物中发现了果蝇Dscam1和脊椎动物成簇Pcdh的“杂交基因”,由于这类基因编码的蛋白比经典Dscam1蛋白要短,我们将其命名为截短型Dscam（sDscam）。该家族成员与果蝇Dscam1具有较高的序列相似性,但其5’端具有高度重复串联序列,与脊椎动物成簇Pcdh基因具有明显的结构相似性。研究显示,螯肢动物sDscam基因通过选择性启动子编码50-100种蛋白异构体（根据5’端可变结构域不同,这些异构体被分为sDscamα和sDscamβ两个亚家族）,然而,这些异构体是否具有类似于Dscam1和成簇Pcdh的特异性同源结合机制目前并不清楚。因此,本文主要对螯肢动物东亚钳蝎sDscam分子的相互作用机制进行探究,其研究内容主要分为四个部分。第一部分,东亚钳蝎sDscam反式（细胞-细胞之间）相互作用及相关结构域探究。首先,在Sf9细胞中异源表达sDscam异构体,通过细胞聚集定量分析,探究sDscam异构体同源结合能力。其次,利用结构域删除及替换实验探究影响sDscam反式互作的相关结构域;第二部分,东亚钳蝎sDscam特异性同源结合分子机制解析。首先,对表达融合不同荧光标签sDscam异构体的细胞进行特异性聚集分析,探究sDscam反式相互作用的特异性。其次,通过结构域替换实验,找到决定sDscam特异性结合的关键结构域。最后,利用蛋白结构模拟,探究关键结构域的作用方式,以及决定特异性的氨基酸位点;第三部分,东亚钳蝎sDscam顺式（同一细胞内）相互作用分析。通过对体外过表达的sDscam异构体进行免疫共沉淀（Co-IP）分析,以及免疫印迹（Western-blot）实验,探究sDscam是否具有顺式多聚体,并进一步分析顺式多聚体形成的相关结构域;第四部分,体外模拟sDscam的组合表达,观察是否能够产生新的组合特异性,从而提出sDscam介导螯肢动物细胞识别的分子作用模型。基于上述研究内容,最终得到以下研究结果:（1）在测定的86种东亚钳蝎sDscam异构体中,所有34个sDscamα异构体都能够介导细胞聚集。相反,在测定的52个sDscamβ异构体中,只有15个异构体能够介导细胞黏附,其中包括sDscamβ6簇的2个异构体和sDscamβ5簇的8个异构体。这些异构体介导细胞聚集团的大小也各不相同,一般来说,sDscamα异构体介导的细胞聚集团普遍比sDscamβ的要大一些,但这与它们的膜定位和蛋白表达没有直接关系;（2）N端系列删除实验显示,当删除可变Ig1结构域时,sDscam无法介导细胞黏附。同样的,C端系列删除和跨膜（TM）结构域替换实验表明组成型纤连蛋白（FNIII）结构域和TM结构域对细胞聚集也有影响;（3）细胞特异性聚集实验表明,除了sDscamα20&36异构体对以外,其余sDscamα之间存在高度严格的结合特异性,且sDscamα和sDscamβ之间也存在严格的特异性同源结合;（4）结构域替换实验显示,可变Ig1结构域决定东亚钳蝎sDscamα和sDscamβ的结合特异性,sDscamβ的可变Ig2结构域与其特异性无关;（5）蛋白结构模拟及点突变分析显示,sDscam Ig1结构域通过反平行的方式相互作用,且其作用界面主要集中在ABED片层上;（6）对序列相似性较高的sDscamα对进行结构模拟、点突变和细胞特异性聚集分析,确定影响Ig1反平行二聚体形状互补和电荷互补的氨基酸位点与sDscam的特异性有关;（7）Co-IP和Western-blot实验显示,sDscam在失去反式相互作用的情况下,能够形成顺式多聚体,且多聚体的形成与组成型FNIII结构域有关;（8）共表达多种sDscam异构体模拟细胞识别显示,单个具有结合能力的sDscam异构体的错配就可以干扰细胞特异性识别,其顺反式相互作用是介导特异性识别的分子基础。总结上述结果,本文最终提出sDscam介导螯肢动物细胞识别的分子作用模型,即sDscam通过非特异性顺式相互作用与特异性反式相互作用相结合,在细胞膜表面上形成一个“拉链状”的连接结构,该结构极大地拓展了sDscam的异构体多样性,足以为单个细胞提供特定的识别标签,进而为螯肢动物神经元的自我识别奠定基础。