Study question Can single-nuclei and bulk RNA sequencing technologies be used to elucidate novel mechanisms of ovarian insufficiency in Turner Syndrome (TS)? Summary answer Using single-nucleus and bulk RNA sequencing approaches, we identified novel potential pathogenic mechanisms underlying ovarian insufficiency in TS including and beyond X chromosome haploinsufficiency. What is known already Turner syndrome (TS) is the most common genetic cause of Primary Ovarian Insufficiency (POI) in humans. Morphological analyses of human fetal 45,X ovaries have demonstrated fewer germ cells and marked apoptosis established by 15-20 weeks post conception (wpc); however, we do not understand why POI develops mechanistically in the first instance. Study design, size, duration Single-nucleus RNA sequencing (snRNA-seq): two 46,XX and two 45,X (TS) human fetal ovaries at 12-13 wpc. Bulk RNA sequencing: 19 human fetal ovary, 20 fetal testis, and 8 fetal control tissue (n=47 total samples; Carnegie Stage 22-16wpc). Participants/materials, setting, methods To identify novel potential mechanisms of ovarian insufficiency in TS and to characterise X chromosome gene expression in the 45,X ovary, we performed snRNA-seq of peri-meiotic 46,XX (n=2) and 45,X (n=2) fetal ovaries at 12-13 weeks post conception (wpc); and 2) a bulk RNA sequencing time-series analysis of fetal ovary, testis, and control samples across four developmental timepoints. Main results and the role of chance Germ and somatic cell subpopulations were mostly shared across 46,XX and 45,X ovaries, aside from a 46XX-specific/45,X-depleted cluster of oogonia (“synaptic oogonia”) containing genes with functions relating to sex chromosome synapsis; histone modification; intracellular protein regulation and chaperone systems. snRNA-seq enabled accurate cell counting localised to individual cell clusters; the 45,X ovary has fewer germ cells than the 46,XX ovary in every germ cell subpopulation, confirmed by histopathological analysis. The normal sequence of X-chromosome inactivation and reactivation is disrupted in 45,X ovaries; XIST was not expressed in 45,X somatic cells but was present in germ cell clusters, albeit with lower expression than in corresponding 46,XX clusters. The 45,X ovary has a globally abnormal transcriptome, with low expression of genes with proteostasis functions ( RSP4X ); cell cycle progression ( BUB1B ); and OXPHOS mitochondrial energy production ( COX6C, ATP11C ). Genes with higher expression in 45,X cell populations were enriched for apoptotic functions (e.g., NR4A1 ). Limitations, reasons for caution Limitations include the relatively small sample size of the snRNA-seq analysis and the focus on a fixed meiotic timepoint which may overlook a dynamic process over time. Wider implications of the findings We characterise the human fetal peri-meiotic 45,X ovary at single-cell resolution and offer insights into novel pathogenic mechanisms underlying ovarian insufficiency in TS. Although asynapsis due to X chromosome haploinsufficiency likely plays a significant role, these data suggest meiotic failure and ovarian insufficiency may be a combinatorial process characterised by periods of vulnerability throughout early 45,X germ cell development Study funding/competing interest(s) This research was funded in whole, or in part, by the Wellcome Trust Grants 216362/Z/19/Z to SMcG-B and 209328/Z/17/Z to JCA. Human fetal material was provided by the Joint MRC/Wellcome Trust (Grant MR/R006237/1) Human Developmental Biology Resource ( http://www.hdbr.org ). Research at UCL Great Ormond Street Institute of Child Health is supported by the National Institute for Health Research, Great Ormond Street Hospital Biomedical Research Centre (grant IS-BRC-1215-20012).

The complex genetic mechanisms underlying human ovary development can give rise to clinical phenotypes if disrupted, such as Primary Ovarian Insufficiency and Differences of Sex Development. Through a clinically-focused lens, we combine single-nuclei RNA sequencing, bulk RNA sequencing, and micro-focus computed tomography to elucidate the anatomy and transcriptional landscape of the human fetal ovary across key developmental timepoints (Carnegie Stage 22 until 20 weeks post conception). We show the marked growth and distinct morphological changes within the fetal ovary at the critical timepoint of germ cell expansion, and demonstrate that the fetal ovary becomes more transcriptomically distinct from the testis with age. We describe novel ovary developmental pathways, relating to neuroendocrine signalling, energy homeostasis, mitochondrial networks, piRNA processes, and inflammasome regulation. We define transcriptional regulators and candidate genes for meiosis within the developing ovary. Together, this work advances our fundamental understanding of human ovary development and clinical ovarian insufficiency phenotypes.

Background: MC1R, a G-protein coupled receptor with high affinity for alpha-melanocyte stimulating hormone (αMSH), modulates pigment production in melanocytes from many species and is associated with human melanoma risk. MC1R mutations affecting human skin and hair color also have pleiotropic effects on the immune response and analgesia. Variants affecting human pigmentation in utero alter the congenital phenotype of both oculocutaneous albinism and congenital melanocytic naevi, and have a possible effect on birthweight. Methods and Results: By in situ hybridization, RT-PCR and immunohistochemistry, we show that MC1R is widely expressed during human, chick and mouse embryonic and fetal stages in many somatic tissues, particularly in the musculoskeletal and nervous systems, and conserved across evolution in these three amniotes. Its dynamic pattern differs from that of TUBB3, a gene overlapping the same locus in humans and encoding class III β-tubulin. The αMSH peptide and the transcript for its precursor, pro-opiomelanocortin (POMC), are similarly present in numerous extra-cutaneous tissues. MC1R genotyping of variants p.(V60M) and p.(R151C) was undertaken for 867 healthy children from the Avon Longitudinal Study of Parent and Children (ALSPAC) cohort, and birthweight modelled using multiple logistic regression analysis. A significant positive association initially found between R151C and birth weight, independent of known birth weight modifiers, was not reproduced when combined with data from an independent genome-wide association study of 6,459 additional members of the same cohort. Conclusions: These data clearly show a new and hitherto unsuspected role for MC1R in non-cutaneous solid tissues before birth.

Abstract Background Friedreich ataxia (FRDA) is an autosomal recessive neurodegenerative disorder caused by an expanded GAA repeat in the first intron of the FXN gene. Objective The aim of this study was to analyze leukocyte telomeres length (LTL) in FRDA to verify the possible relationships between LTL and disease progression. We investigated LTL in a cohort of FRDA biallelic patients (n = 61), heterozygous (n = 29), and age‐matched healthy subjects (n = 87). Methods LTL was measured by real‐time polymerase chain reaction quantitative analysis (qPCR). Results The results showed that before 35 years of age, leukocyte telomeres were longer in patients than in controls, whereas the reverse applies in patients above 36 years of age. Interestingly, LTL was greater than controls at any age in heterozygous subjects. This picture mirrors what has been previously observed in vitro in FRDA cultured fibroblasts, showing significantly longer telomeres at early passages because of activation of an alternative lengthening of telomeres (ALT)‐like mechanism, but showing accelerated telomere shortening as population doubling increases. GAA1 repeat length is positively correlated with the LTL and negatively correlated with the age at blood sampling. The relationship of LTL with clinical parameters (cardiomyopathy, diabetes, dependence on a wheelchair) was also analyzed. Significantly shorter leukocyte telomeres were associated with the presence of cardiomyopathy, but not with diabetes and the dependence on a wheelchair. Conclusions Overall, the present study indicates that telomere length analysis in FRDA may be a relevant biomarker for following the stages of the disease. © 2024 The Author(s). Movement Disorders published by Wiley Periodicals LLC on behalf of International Parkinson and Movement Disorder Society.

Abstract The influence of sex chromosomes and sex hormones on early human brain development is poorly understood. We therefore undertook transcriptomic analysis of 46,XY and 46,XX human brain cortex samples (n=64) at four different time points between 7.5 and 17 weeks post conception (wpc), in two independent studies. This developmental period encompasses the onset of testicular testosterone secretion in the 46,XY fetus (8wpc). Differences in sex chromosome gene expression included X-inactivation genes ( XIST , TSIX ) in 46,XX samples; core Y chromosome genes (n=18) in 46,XY samples; and two Y chromosome brain specific genes, PCDH11Y and RP11-424G14.1 . PCDH11Y (protocadherin11 Y-linked ) regulates excitatory neurons; this gene is unique to humans and is implicated in language development. RP11-424G14.1 is a novel long non-coding RNA. Fewer differences in sex hormone pathway-related genes were seen. The androgen receptor ( AR , NR4A2) showed cortex expression in both sexes, which decreased with age. Global cortical sex hormone effects were not seen, but more localized AR mechanisms may be important with time (e.g., hypothalamus). Taken together, our data suggest that limited but potentially important sex differences occur during early human fetal brain development.

ABSTRACT Monosomy X (45,X) is associated with Turner syndrome and pregnancy loss in humans, but the underlying mechanisms remain unclear. We therefore analyzed the transcriptomic landscape of clinically relevant human fetal 45,X tissues (including pancreas, liver, kidney, skin, placenta) with matched 46,XX and 46,XY control samples between 11-15 weeks post conception (n=78). Although most pseudoautosomal region 1 (PAR1) genes were lower in monosomy X tissues, we also found reduced expression of several key genes escaping X inactivation (e.g., KDM5C and KDM6A ), and potentially clinically important transcripts such as genes implicated in ascending aortic aneurysm. In contrast, higher expression of an autosomal, long non-coding RNA ( OVCH1-AS1 ) was seen in all 45,X tissues. In the placenta, lower expression of CSF2RA was demonstrated, likely contributing to immune dysregulation. Taken together, these findings provide novel insights into the biological consequences of a single X chromosome during early human development and potential insights in genetic mechanisms in Turner syndrome.