Abstract

 We have previously mapped the human azoospermia factor to a deletion in Y chromosome interval 6 (subinterval XII-XIV). We now report the isolation and characterization of a gene family located within this deletion. Analysis of the predicted protein products suggests a possible role in RNA processing or translational control during early spermatogenesis. The Y chromosome RNA recognition motif (YRRM) family includes a minimum of three members expressed specifically in the testis. Interphase in situ results and Southern blot analysis indicate that several further YRRM sequences map within interval 6. Several mammalian species show Y chromosome conservation of YRRM sequences. We have detected deletions of YRRM sequences in two oligospermic patients with no previously detectable mutation.

Telomeric DNA in the skin cells of 21 human subjects aged between 0 and 92 years was quantified by determining the length of the telomeric smear and the relative amount of TTAGGG repeat sequences. Both telomere length and quantity of telomeric repeat sequences were found to decrease significantly with age. Telomere loss has previously been postulated to be a caused of cell senescence.

Two fragments cloned from purified human satellite III DNA do not cross-react with each other. One fragment, for which a partial sequence is reported, hybridises to satellite II as well as III and is shown to originate on chromosome 1. The other cloned fragment originates from the Y chromosome. This fragment has undergone considerable changes in size when cloned in λgt WES λB. Human satellite III is shown to consist of a number of non-cross-reacting sequences which nevertheless are related by the presence of closely spaced Hin F1 sites.

Meiotic crossovers are produced when programmed double-strand breaks (DSBs) are repaired by recombination from homologous chromosomes (homologues). In a wide variety of organisms, meiotic HORMA-domain proteins are required to direct DSB repair towards homologues. This inter-homologue bias is required for efficient homology search, homologue alignment, and crossover formation. HORMA-domain proteins are also implicated in other processes related to crossover formation, including DSB formation, inhibition of promiscuous formation of the synaptonemal complex (SC), and the meiotic prophase checkpoint that monitors both DSB processing and SCs. We examined the behavior of two previously uncharacterized meiosis-specific mouse HORMA-domain proteins—HORMAD1 and HORMAD2—in wild-type mice and in mutants defective in DSB processing or SC formation. HORMADs are preferentially associated with unsynapsed chromosome axes throughout meiotic prophase. We observe a strong negative correlation between SC formation and presence of HORMADs on axes, and a positive correlation between the presumptive sites of high checkpoint-kinase ATR activity and hyper-accumulation of HORMADs on axes. HORMADs are not depleted from chromosomes in mutants that lack SCs. In contrast, DSB formation and DSB repair are not absolutely required for depletion of HORMADs from synapsed axes. A simple interpretation of these findings is that SC formation directly or indirectly promotes depletion of HORMADs from chromosome axes. We also find that TRIP13 protein is required for reciprocal distribution of HORMADs and the SYCP1/SC-component along chromosome axes. Similarities in mouse and budding yeast meiosis suggest that TRIP13/Pch2 proteins have a conserved role in establishing mutually exclusive HORMAD-rich and synapsed chromatin domains in both mouse and yeast. Taken together, our observations raise the possibility that involvement of meiotic HORMA-domain proteins in the regulation of homologue interactions is conserved in mammals.

Meiosis relies on the SPO11 endonuclease to generate the recombinogenic DNA double strand breaks (DSBs) required for homologous chromosome synapsis and segregation. The number of meiotic DSBs needs to be sufficient to allow chromosomes to search for and find their homologs, but not excessive to the point of causing genome instability. Here we report that meiotic DSB frequency in mouse spermatocytes is regulated by the mammal-specific gene Tex19.1. We show that the chromosome asynapsis previously reported in Tex19.1-/- spermatocytes is preceded by reduced numbers of recombination foci in leptotene and zygotene. Tex19.1 is required for the generation of normal levels of Spo11-dependent DNA damage during leptotene, but not for upstream events such as MEI4 foci formation or accumulation of H3K4me3 at recombination hotspots. Furthermore, we show that mice carrying mutations in the E3 ubiquitin ligase UBR2, a TEX19.1-interacting partner, phenocopy the Tex19.1-/- recombination defects. These data show that Tex19.1 and Ubr2 are required for mouse spermatocytes to generate sufficient meiotic DSBs to ensure that homology search is consistently successful, and reveal a hitherto unknown genetic pathway regulating meiotic DSB frequency in mammals.

Age-dependent oocyte aneuploidy, a major cause of Down syndrome, is associated with declining sister chromatid cohesion in postnatal oocytes. Here we show that cohesion in postnatal mouse oocytes is regulated by Tex19.1. We show that Tex19.1-/- oocytes have defects in the maintenance of chiasmata, mis-segregate their chromosomes during meiosis, and transmit aneuploidies to the next generation. By reconstituting aspects of this pathway in mitotic somatic cells, we show that Tex19.1 regulates an acetylated SMC3-marked subpopulation of cohesin by inhibiting the activity of the E3 ubiquitin ligase UBR2 towards specific substrates, and that UBR2 itself has a previously undescribed role in negatively regulating acetylated SMC3. Lastly, we show that acetylated SMC3 is associated with meiotic chromosome axes in oocytes, but that this is reduced in the absence of Tex19.1. These findings indicate that Tex19.1 maintains acetylated SMC3 and sister chromatid cohesion in postnatal oocytes, and prevents aneuploidy in the female germline.