Summary The period of development between the zygote and embryonic day 9.5 in mice includes multiple developmental milestones essential for embryogenesis. The preeminence of this period of development has been illustrated in loss of function studies conducted by the International Mouse Phenotyping Consortium (IMPC) which have shown that close to one third of all mouse genes are essential for survival to weaning age and a significant number of mutations cause embryo lethality before E9.5. Here we report a systematic analysis of 21 pre-E9.5 lethal lines generated by the IMPC. Analysis of pre- and post-implantation embryos revealed that the majority of the lines exhibit mutant phenotypes that fall within a window of development between implantation and gastrulation with few pre-implantation and no post-gastrulation phenotypes. Our study provides multiple genetic inroads into the molecular mechanisms that control early mammalian development and the etiology of human disease, in particular, the genetic bases of infertility and pregnancy loss. We propose a strategy for an efficient assessment of early embryonic lethal mutations that can be used to assign phenotypes to developmental milestones and outline the time of lethality.

Brg1 (Brahma related gene 1) is one of two mutually exclusive ATPases that can act as the catalytic subunit of mammalian SWI/SNF chromatin remodeling enzymes that facilitate utilization of the DNA in eukaryotic cells. Brg1 is a phospho-protein and its activity is regulated by specific kinases and phosphatases. Previously, we showed that Brg1 interacts with and is phosphorylated by casein kinase 2 (CK2) in a manner that regulates myoblast proliferation. Here we demonstrate that the Brg1-CK2 interaction occurred during mitosis in embryonic somites and in primary myoblasts derived from satellite cells isolated from muscle tissue. The interaction of CK2 activity with Brg1 and the incorporation of a number of other subunits into the mSWI/SNF enzyme complex were independent of CK2 enzymatic activity. CK2-mediated hyperphosphorylation of Brg1 was observed in mitotic cells derived from multiple cell types and organisms, suggesting functional conservation across tissues and species. The mitotically hyperphosphorylated form of Brg1 was localized with soluble chromatin, demonstrating that CK2-mediated phosphorylation of Brg1 is associated with specific partitioning of Brg1 within sub-cellular compartments. Thus CK2 acts a mitotic kinase that regulates Brg1 phosphorylation and sub-cellular localization.HIGHLIGHTS

Nuclease-directed genome editing is a powerful tool for investigating physiology and has great promise as a therapeutic approach that directly addresses the underlying genetic basis of disease. In its most precise form, genome editing can use cellular homology-directed repair (HDR) pathways to insert information from an exogenously supplied DNA repair template (donor) directly into a targeted genomic location. Unfortunately, particularly for long insertions, toxicity and delivery considerations associated with repair template DNA can limit the number of donor molecules available to the HDR machinery, thus limiting HDR efficacy. Here, we explore modifications to both double-stranded and single-stranded repair template DNAs and describe simple 5′ end modifications that consistently and dramatically increase donor potency and HDR efficacy across cell types and species.

Summary In female mice the gene dosage from X chromosomes is adjusted by a process called X chromosome inactivation (XCI) that occurs in two steps. An imprinted form of XCI (iXCI) silencing the paternally inherited X chromosome (Xp) is initiated at the 2-4 cell stages. As extraembryonic cells including trophoblasts keep the Xp silenced, epiblast cells that give rise to the embryo proper reactivate the Xp and undergo a random form of XCI (rXCI) during peri-implantation stages. Lack of X dosage compensation leads to peri-implantation lethality due to inhibition of trophoblast stem cells. However, as the epiblast regulates the trophoblast lineage, the roles of iXCI vs rXCI in the early lethal phenotype remains unclear. We have investigated functions and expression of Rlim (Rnf12), an E3 ubiquitin ligase, and its target protein Rex1 (Zfp42) that control iXCI. Consistent with functions specifically for iXCI, we show an inverse correlation in the expression of Rlim and Rex1 throughout pre-implantation development, but an Rlim -independent downregulation of Rex1 in epiblast cells upon implantation. Moreover, disturbing the functional Rlim-Rex1 dynamics in females leads to cell fate confusion and premature differentiation specifically of the polar trophoblast stem cell pool. Thus, controlled by the Rlim-Rex1 axis, female mouse development requires iXCI in the polar trophoblast cell lineage.