Abstract BRCA2 plays a prominent role in meiotic homologous recombination (HR). Loss of BRCA2 or several of its meiotic partners causes fertility defects. One of these partners, HSF2BP, was recently discovered as expressed physiologically in germline and ectopically produced in cancer cells. It has an N-terminal coiled coil motif involved in direct binding to the protein BRME1, and both HSF2BP and BRME1 are essential for meiotic HR during spermatogenesis. It also interacts through its C-terminal Armadillo (ARM) domain with a conserved region of BRCA2 of unknown function. We analyzed the structural properties and functional consequences of the BRCA2-HSF2BP interaction and tested the emerging model of its involvement in meiosis. We solved the crystal structure of the complex between the BRCA2 fragment that is disordered in solution and the HSF2BP dimeric ARM domain. This revealed two previously unrecognized BRCA2 repeats that each interact with one ARM monomer from two different dimers. BRCA2 binding triggers ARM tetramerization, resulting in a complex containing two BRCA2 fragments connecting two ARM dimers. The 3D structures of the BRCA2 repeats are superimposable, revealing conserved contacts between the BRCA2 residues defining the repeats and the HSF2BP residues lining the groove of the ARM. This large interface is responsible for the nanomolar affinity of the interaction, significantly stronger than any other measured interaction involving BRCA2. Deleting exon 12 from Brca2 , encoding the first repeat, disrupted BRCA2 binding to HSF2BP in vitro and in cells. However, Brca2 Δ12/Δ12 mice with the same deletion were fertile and did not show any meiotic defects, contrary to the prediction from the model positing that HSF2BP acts as a meiotic localizer of BRCA2. We conclude that the high-affinity interaction between BRCA2 and HSF2BP and the resulting HSF2BP oligomerization are not required for RAD51 and DMC1 recombinase localization to meiotic double strand breaks and for productive meiotic HR.

Meiosis, a reductional cell division, relies on precise initiation, maturation, and resolution of crossovers (COs) during prophase I to ensure the accurate segregation of homologous chromosomes during metaphase I. This process is regulated by the interplay of RING-E3 ligases such as RNF212 and HEI10 in mammals. In this study, we functionally characterized a recently identified RING-E3 ligase, RNF212B. RNF212B colocalizes and interacts with RNF212, forming foci along chromosomes from zygonema onward in a synapsis-dependent and DSB-independent manner. These consolidate into larger foci at maturing COs, colocalizing with HEI10, CNTD1, and MLH1 by late pachynema. Genetically, RNF212B foci formation depends on Rnf212 but not on Msh4 , Hei10, and Cntd1 , while the unloading of RNF212B at the end of pachynema is dependent on Hei10 and Cntd1 . Mice lacking RNF212B, or expressing an inactive RNF212B protein, exhibit modest synapsis defects, a reduction in the localization of pro-CO factors (MSH4, TEX11, RPA, MZIP2) and absence of late CO-intermediates (MLH1). This loss of most COs by diakinesis results in mostly univalent chromosomes. Double mutants for Rnf212b and Rnf212 exhibit an identical phenotype to that of Rnf212b single mutants, while double heterozygous demonstrate a dosage-dependent reduction in CO number, indicating a functional interplay between paralogs. SUMOylome analysis of testes from Rnf212b mutants and pull-down analysis of Sumo- and Ubiquitin-tagged HeLa cells, suggest that RNF212B is an E3-ligase with Ubiquitin activity, serving as a crucial factor for CO maturation. Thus, RNF212 and RNF212B play vital, yet overlapping roles, in ensuring CO homeostasis through their distinct E3 ligase activities.

Meiotic recombination generates crossovers which are essential to ensure genome haploidization. The ubiquitin proteasome system regulates meiotic recombination through its association to the synaptonemal complex, a 'zipper'-like structure that holds homologs and provides the structural framework for meiotic recombination. Here we show that the testis-specific α4s subunit (PSMA8) of the spermatoproteasome is located at the synaptonemal complex and is essential for the assembly of its activator PA200. Accordingly, synapsis-deficient mice show delocalization of PSMA8 from the synaptonemal complex. Genetic analysis of Psma8-deficient mice show normal meiotic DNA repair, crossing over formation and an increase of spermatocytes at metaphase I and metaphase II which either enter into apoptosis or slip to give rise to an early spermatid arrest and infertility. Thus, spermatoproteasome-dependent histone degradation is dispensable for meiotic recombination. We show that PSMA8 deficiency alters the proteostasis of several key meiotic players such as acetylated histones, SYCP3, SYCP1, CDK1 and TRIP13 which in turn leads to an aberrant meiotic exit and early spermatid arrest prior to the histone displacement process that take place subsequently.

Primary Ovarian Insufficiency (POI) is a major cause of infertility, but its etiology remains poorly understood. Using whole-exome sequencing in a family with 3 cases of POI, we identified the candidate missense variant S167L in HSF2BP, an essential meiotic gene. Functional analysis of the HSF2BP-S167L variant in mouse, compared to a new HSF2BP knock-out mouse showed that it behaves as a hypomorphic allele. HSF2BP-S167L females show reduced fertility with small litter sizes. To obtain mechanistic insights, we identified C19ORF57/MIDAP as a strong interactor and stabilizer of HSF2BP by forming a higher-order macromolecular structure involving BRCA2, RAD51, RPA and PALB2. Meiocytes bearing the HSF2BP-S167L mutation showed a strongly decreased expression of both MIDAP and HSF2BP at the recombination nodules. Although HSF2BP-S167L does not affect heterodimerization between HSF2BP and MIDAP, it promotes a lower expression of both proteins and a less proficient activity in replacing RPA by the recombinases RAD51/DMC1, thus leading to a lower frequency of cross-overs. Our results provide insights into the molecular mechanism of two novel actors of meiosis underlying non-syndromic ovarian insufficiency.

Meiotic reductional division is dependent on the synaptonemal complex (SC), a supramolecular protein assembly that mediates homologous chromosomes synapsis and promotes crossover formation. The mammalian SC is formed of eight structural components, including SYCE1, the only central element protein with known causative mutations in human infertility. We combine mouse genetics, cellular and biochemical studies to reveal that SYCE1 undergoes multivalent interactions with SC component SIX6OS1. The N-terminus of SIX6OS1 binds and disrupts SYCE1's core dimeric structure to form a 1:1 complex, whilst their downstream sequences provide a distinct second interface. These interfaces are separately disrupted by SYCE1 mutations associated with non-obstructive azoospermia and premature ovarian failure, respectively. Mice harbouring SYCE1's POF mutation and a targeted deletion within SIX6OS1's N-terminus are infertile with failure of chromosome synapsis. We conclude that both SYCE1-SIX6OS1 binding interfaces are essential for SC assembly, thus explaining how SYCE1's reported clinical mutations give rise to human infertility.

Abstract Reproductive aging, characterized by a decline in female reproductive potential, is a significant biomedical challenge. A key factor in reproductive aging is the depletion of the ovarian reserve, the pool of primordial follicles in the ovary. Recent studies have implicated BEND2, a BEN domain-containing protein family member, in mammalian spermatogenesis. In the testis, Bend2 expresses two protein isoforms: full-length and truncated. Ablation of both proteins results in an arrested spermatogenesis. Because the Bend2 locus is on the X chromosome, and the Bend2 -/y mutants are sterile, Bend2 ’s role in oogenesis remained elusive. In this study, we employed a novel Bend2 mutation that completely blocks the expression of the full-length BEND2 protein but allows the expression of the truncated BEND2 isoform. However, this mutation does not confer male sterility, allowing us to investigate BEND2’s role in mice’s oocyte quality, follicular dynamics, and fertility. Our findings demonstrate that full-length BEND2 is dispensable for male fertility, and its ablation leads to impaired oocyte quality, reduced follicular formation, and an accelerated decline in fertility. These results reveal a critical role for BEND2 in oogenesis and provide insights into the mechanisms underlying reproductive aging. Furthermore, these findings hold relevance for the diagnostic landscape of human infertility.