Nuclear myosin VI (MVI) enhances RNA polymerase II – dependent transcription, but the molecular mechanism is unclear. We used live cell single molecule tracking to follow individual MVI molecules inside the nucleus and observed micrometer-long motion of the motor. Besides static chromatin interactions lasting for tens of seconds, ATPase-dependent directed motion occurred with a velocity of 2 µm/s. The movement was frequently interrupted by short periods of slow restricted diffusion and increased in frequency upon stimulation of transcription. Mutagenesis and perturbation experiments demonstrated that nuclear MVI motion is independent of dimerization and occurs on nuclear actin filaments, which we also observed by two-color imaging. Using chromosome paint to quantify distances between chromosomes, we found that MVI is required for transcription-dependent long-range chromatin rearrangements. Our measurements reveal a transcription-coupled function of MVI in the nucleus, where it actively undergoes directed movement along nuclear actin filaments. Motion is potentially mediated by cooperating monomeric motors and might assist in enhancing transcription by supporting long-range chromatin rearrangements.

Abstract Animals are extremely useful genetic tools in science and global resources in agriculture. However, a single sex is often required in surplus, and current genetic methods for producing all-female or all-male litters are inefficient. Using the mouse as a model, we developed a synthetic, two-part bicomponent strategy for generating all-male litters. We achieved this using CRISPR-Cas9 genome editing technology to generate large stable knock-ins on the autosomes and X chromosome. The bicomponent system functions via the sex-specific co-inheritance of a Cas9 transgene and an sgRNA transgene targeting the essential Topoisomerase 1 gene. This technology proved to be highly efficient in generating on-target mutations, resulting in embryonic lethality of the target sex. Our study is the first to successfully generate all-male mammalian litters using a CRISPR-Cas9 bicomponent system and provides great strides towards generating single-sex litters for laboratory or agricultural research.

Summary The search for morphological or physiological differences between X- and Y-bearing mammalian sperm has provoked controversy for decades. Many potential differences have been proposed, but none validated, while accumulating understanding of syncytial sperm development has cast doubt on whether such differences are possible even in principle. We present the first ever mammalian experimental model to trace a direct link from a measurable physiological difference between X- and Y-bearing sperm to the resulting skewed sex ratio. We show that in mice with deletions on chromosome Yq, birth sex ratio distortion is due to a relatively greater motility of X-bearing sperm, and not to any aspect of sperm/egg interaction. Moreover, the morphological distortion caused by Yq deletion is more severe in Y-bearing sperm, providing a potential hydrodynamic basis for the altered motility. This reinforces a growing body of work indicating that sperm haploid selection is an important and underappreciated evolutionary force.

A recent report by Luo et al (2018) in PNAS (DOI:10.1073/pnas.1810946115) presented evidence of biparental inheritance of mitochondrial DNA. The pattern of inheritance, however, resembled that of a nuclear gene. The authors explained this peculiarity with Mendelian segregation of a faulty gatekeeper gene that permits survival of paternal mtDNA in the oocyte. Three other groups (Vissing, 2019; Lutz-Bonengel and Parson, 2019; Salas et al, 2019), however, posited the observation was an artifact of inheritance of mtDNA nuclear pseudogenes (NUMTs), present in the father's nuclear genome. We present justification that both interpretations are incorrect, but that the original authors did, in fact, observe biparental inheritance of mtDNA. Our alternative model assumes that because of initially low paternal mtDNA copy number these copies are randomly partitioned into nascent cell lineages. The paternal mtDNA haplotype must have a selective advantage, so "seeded" cells will tend to proceed to fixation of the paternal haplotype in the course of development. We use modeling to emulate the dynamics of paternal genomes and predict their mode of inheritance and distribution in somatic tissue. The resulting offspring is a mosaic of cells that are purely maternal or purely paternal -- including in the germline. This mosaicism explains the quasi-Mendelian segregation of the paternal mDNA. Our model is based on known aspects of mtDNA biology and explains all of the experimental observations outlined in Luo et. al., including maternal inheritance of the grand-paternal mtDNA.

Fbxo7 is the substrate-recognition subunit of an SCF-type ubiquitin E3 ligase complex. It has physiologically important functions in regulating mitophagy, proteasome activity and the cell cycle in multiple cell types, like neurons, lymphocytes and erythrocytes. Here we show that in addition to the previously-known Parkinsonian and haematopoietic phenotypes, Fbxo7-deficient male mice are completely sterile. In these males, despite successful meiosis, nuclear elongation and eviction of histones from chromatin, the developing spermatids are phagocytosed by Sertoli cells during late spermiogenesis, as the cells undergo cytoplasmic remodelling. Surprisingly, despite the loss of all germ cells, there was no evidence of the symplast formation and cell sloughing that is typically associated with spermatid death in other mouse sterility models, suggesting that novel cell death and/or cell disposal mechanisms may be engaged in Fbxo7-deficient males. Mutation of the Drosophila Fbxo7 orthologue, nutcracker (ntc) was previously shown to cause sterility at a similar stage of germ cell development, indicating that the requirement for Fbxo7 is conserved. The ntc phenotype was attributed to proteasome mis-regulation via an interaction with the proteasome regulator, DmPI31. Our data suggest rather that in mice, the requirement for Fbxo7 is either independent of its interaction with PI31, or relates specifically to cytoplasmic proteasome activity during spermiogenesis.

Measurements of nuclear organization in asymmetric nuclei in 2D images have traditionally been manual. This is exemplified by attempts to measure chromosome position in sperm samples, typically by dividing the nucleus into zones, and manually scoring which zone a FISH signal lies in. This is time consuming, limiting the number of nuclei that can be analyzed, and prone to subjectivity. We have developed a new approach for automated mapping of FISH signals in asymmetric nuclei, integrated into an existing image analysis tool for nuclear morphology. Automatic landmark detection defines equivalent structural regions in each nucleus, then dynamic warping of the FISH images to a common shape allows us to generate a composite of the signal within the entire cell population. Using this approach, we mapped the positions of the sex chromosomes and two autosomes in three mouse lineages (Mus musculus domesticus, Mus musculus musculus and Mus spretus). We found that in all three, chromosomes 11 and 19 tend to interact with each other, but are shielded from interactions with the sex chromosomes. This organization is conserved across 2 million years of mouse evolution.

Amplified gene families on sex chromosomes can harbour genes with important biological functions, especially relating to fertility. The HSFY family has amplified on the Y chromosome of the domestic pig (Sus scrofa), in an apparently independent event to an HSFY expansion on the Y chromosome of cattle (Bos taurus). Although the biological functions of HSFY genes are poorly understood, they appear to be involved in gametogenesis in a number of mammalian species, and, in cattle, HSFY gene copy number correlates with levels of fertility. We have investigated the HSFY family in domestic pigs, and other suid species including warthogs, bushpigs, babirusas and peccaries. The domestic pig contains at least two amplified variants of HSFY, distinguished predominantly by presence or absence of a SINE within the intron. Both these variants are expressed in testis, and both are present in approximately 50 copies each in a single cluster on the short arm of the Y. The longer form has multiple nonsense mutations rendering it likely non-functional, but many of the shorter forms still have coding potential. Other suid species also have these two variants of HSFY, and estimates of copy number suggest the HSFY family may have amplified independently twice during suid evolution. Given the association of HSFY gene copy number with fertility in cattle, HSFY is likely to play an important role in spermatogenesis in pigs also.

ABSTRACT NDP52 is an autophagy receptor involved in the recognition and degradation of invading pathogens and damaged organelles. Although NDP52 was first identified in the nucleus and is expressed throughout the cell, to date, there is no clear nuclear function for NDP52. Here, we use a multidisciplinary approach to characterise the biochemical properties and nuclear roles of NDP52. We found that NDP52 clusters with RNA Polymerase II (RNAPII) at transcription initiation sites and that its overexpression promotes the formation of additional transcriptional clusters. We also show that depletion of NDP52 impacts overall gene-expression levels in two model mammalian cells, and that transcription inhibition affects the spatial organisation and molecular dynamics of NDP52 in the nucleus. This directly links NDP52 to a role in RNAPII-dependent transcription. Furthermore, we also show that NDP52 binds specifically and with high affinity to double-stranded DNA (dsDNA) and that this interaction leads to changes in DNA structure in vitro . This, together with our proteomics data indicating enrichment for interactions with nucleosome remodelling proteins and DNA structure regulators, suggests a possible function for NDP52 in chromatin regulation. Overall, here we uncover novel nuclear roles for NDP52 in gene expression and DNA structure regulation.

Abstract Incompatibilities on the sex chromosomes are important in the evolution of hybrid male sterility, but the evolutionary forces underlying this phenomenon are unclear. House mice ( Mus musculus ) lineages have provided powerful models for understanding the genetic basis of hybrid male sterility. X chromosome-autosome interactions cause strong incompatibilities in Mus musculus F1 hybrids, but variation in sterility phenotypes suggests a more complex genetic basis. Additionally, XY chromosome conflict has resulted in rapid expansions of ampliconic genes with dosage-dependent expression that is essential to spermatogenesis. Here we evaluated the contribution of XY lineage mismatch to male fertility and stage-specific gene expression in hybrid mice. We performed backcrosses between two house mouse subspecies to generate reciprocal Y-introgression strains and used these strains to test the effects of XY mismatch in hybrids. Our transcriptome analyses of sorted spermatid cells revealed widespread overexpression of the X chromosome in sterile F1 hybrids independent of Y chromosome subspecies origin. Thus, postmeiotic overexpression of the X chromosome in sterile F1 mouse hybrids is likely a downstream consequence of disrupted meiotic X-inactivation rather than XY gene copy number imbalance. Y-chromosome introgression did result in subfertility phenotypes and disrupted expression of several autosomal genes in mice with an otherwise nonhybrid genomic background, suggesting that Y-linked incompatibilities contribute to reproductive barriers, but likely not as a direct consequence of XY conflict. Collectively, these findings suggest that rapid sex chromosome gene family evolution driven by genomic conflict has not resulted in strong male reproductive barriers between these subspecies of house mice.

Cervical cancer is caused by carcinogenic human papillomavirus infection and represents one of the leading causes of cancer death worldwide. Effective means of tumour classification are required for better disease understanding. We performed an integrated multi-omic analysis of 655 cervical cancers, using epigenomic and transcriptomic signatures to discover two distinct cervical cancer subtypes we named typical and atypical. Typical tumours were largely HPV16-driven and frequently displayed an immune-hot tumour microenvironment. Atypical tumours were associated with poor prognosis; they were more likely to be driven by HPVs from the HPV18-containing α7 clade, displayed distinct genomic aberrations, greater evidence of past immunoediting and a microenvironment associated with immune-evasion and failure of anti-PD1 checkpoint inhibition. The finding that atypical tumours encounter stronger anti-tumour immune responses during development may explain the lower frequency at which α7 HPV infected-lesions progress from pre-invasive disease. However those escaping this selection pressure evolve into aggressive tumours (independent of HPV-type) in which more intensive adjuvant treatment may be warranted.