ABSTRACT The nuclear transport of proteins is mediated by karyopherins and has been implicated to be crucial for germ cell and embryonic development. Deletion of distinct members of the karyopherin alpha family has been shown to cause male and female infertility in mice. Using a genetrap approach, we established mice deficient for KPNA2 (KPNA2 KO) and investigated the role of this protein in male germ cell development and fertility. Breeding of male KPNA2 KO mice leads to healthy offsprings in all cases albeit the absence of KPNA2 resulted in a reduction in sperm number by 60%. Analyses of the KPNA2 expression in wild-type mice revealed a strong KPNA2 presence in meiotic germ cells of all stages while a rapid decline is found in round spermatids. The high KPNA2 expression throughout all meiotic stages of sperm development suggests a possible function of KPNA2 during this phase, hence in its absence the spermatogenesis is not completely blocked. In KPNA2 KO mice, a higher portion of sperms presented with morphological abnormalities in the head and neck region, but a severe spermiogenesis defect was not found. Thus, we conclude that the function of KPNA2 in round spermatids is dispensable, as our mice do not show any signs of infertility. Our data provide evidence that KPNA2 is not crucial for male germ cell development and fertility.

ABSTRACT The nuclear transport of proteins plays an important role in mediating the transition from egg to embryo and distinct karyopherins have been implicated in this process. Here, we studied the impact of KPNA2 deficiency on preimplantation embryo development in mice. Loss of KPNA2 results in complete arrest at the 2cell stage and embryos exhibit the inability to activate their embryonic genome as well as a severely disturbed nuclear translocation of Nucleoplasmin 2. Our findings define KPNA2 as a new maternal effect gene.

Abstract During co-translational translocation, the signal peptide of a nascent chain binds Sec61 translocon to initiate protein transport through the ER membrane. Our cryo-EM structure of ribosome-Sec61 shows binding of an ordered heterotetrameric TRranslocon-Associated Protein (TRAP) complex, in which TRAP-γ is anchored at two adjacent positions of 28S rRNA and interacts with ribosomal protein L38 and Sec61α/γ. Four transmembrane helices (TMHs) of TRAP-γ cluster with one C-terminal helix of each α, β, and δ subunits. The seven TMH bundle helps position a crescent-shaped trimeric TRAP–α/β/δ core in the ER lumen, facing the Sec61 channel. Further, our in vitro assay establishes the CADA derivative CK147 as a translocon inhibitor. A structure of ribosome-Sec61-CK147 reveals CK147 binding the channel and interacting with the plug helix from the lumenal side. The CK147-resistance mutations surround the inhibitor. These structures help in understanding the TRAP functions and provide a new Sec61 site for designing translocon inhibitors. Short Summary Cryo-EM structures reveal TRAP binding to ribosome-Sec61 complex, and CK147 inhibiting Sec61 by arresting the plug helix inside the channel.

Abstract Spermatogenesis is driven by an ordered series of events, which rely on trafficking of specific proteins between nucleus and cytoplasm. The importin α family of proteins mediates movement of specific cargo proteins when bound to importin β. Importin α genes have distinct expression patterns in mouse testis, implying they may have unique roles during mammalian spermatogenesis. Here we use a loss-of-function approach to specifically determine the role of importin α7 in spermatogenesis and male fertility. We show that ablation of importin α7 in male mice leads to infertility and has multiple cumulative effects on both germ cells and Sertoli cells. Importin α7-deficient mice exhibit an impaired Sertoli cell function, including loss of Sertoli cells and a compromised nuclear transport of the androgen receptor. Furthermore, our data demonstrate devastating defects in spermiogenesis that are accompanied by disturbed histone-protamine-exchange, absence of the transcriptional regulator Brwd1 and altered expression of Rfx2 target genes, resulting in incomplete sperm maturation and massive loss of sperms. Our work uncovers the essential role of importin α7 in spermatogenesis and hence in male fertility.