Abstract Cells remodel their cytoplasm with force-generating cytoskeletal motors 1 . Their activity generates random forces that stir the cytoplasm, agitating and displacing membrane-bound organelles like the nucleus in somatic 2–4 and germ 5–7 cells. These forces are transmitted inside the nucleus 4,7 , yet their consequences on liquid-like biomolecular condensates 8–10 residing in the nucleus remain unexplored. Here, we probe experimentally and computationally diverse nuclear condensates, that include nuclear speckles, Cajal bodies, and nucleoli, during cytoplasmic remodeling of female germ cells named oocytes. We discover that growing mammalian oocytes deploy cytoplasmic forces to timely impose multiscale reorganization of nuclear condensates for the success of meiotic divisions. These cytoplasmic forces accelerate nuclear condensate collision-coalescence and molecular kinetics within condensates. Inversely, disrupting the forces decelerates nuclear condensate reorganization on both scales, compromising condensate-associated mRNA processing and consequently hindering oocyte divisions that drive female fertility. We establish that cytoplasmic forces can reorganize nuclear condensates in an evolutionary conserved fashion in insects. Our work implies that cells evolved a mechanism, based on cytoplasmic force tuning, to functionally regulate a broad range of nuclear condensates across scales. This finding opens new perspectives when studying condensate-associated pathologies like cancer, neurodegeneration and viral infections 11–13 .

ABSTRACT In the early stages of meiosis, maternal and paternal chromosomes pair with their homologous partner and recombine to ensure exchange of genetic information and proper segregation. These events can vary drastically between species and between males and females of the same species. In Drosophila, in contrast to females, males do not form synaptonemal complexes (SCs), do not recombine and have no crossing-over; yet, males are able to segregate their chromosomes properly. Here, we investigated the early steps of homologues pairing in Drosophila males. We found that homologues are not paired in germline stem cells (GSCs) and become paired in the mitotic region before meiotic entry, similarly to females. Surprisingly, male germline cells express SC proteins, which localize to centromeres and promote pairing. We further found that the SUN/KASH (LINC) complex and microtubules are required for homologues pairing as in females. Chromosome movements are however much slower than in females and we demonstrate that this slow dynamic is compensated in males by having longer cell cycles. In agreement, slowing down cell cycles was sufficient to rescue pairing-defective mutants in female meiosis. Our results demonstrate that although meiosis differs significantly between males and females, sex-specific cell cycle kinetics are integrated with similar molecular mechanisms to achieve proper homologues pairing.

tRNA fragments (tRFs) are a class of small non-coding RNAs (sncRNAs) derived from tRNAs. tRFs are highly abundant in many cell types including stem cells and cancer cells, and are found in all domains of life. Beyond translation control, tRFs have several functions ranging from transposon silencing to cell proliferation control. However, the analysis of tRFs presents specific challenges and their biogenesis is not well understood. They are very heterogeneous and highly modified by numerous post-transcriptional modifications. Here we describe a bioinformatic pipeline to study tRFs populations and shed light onto tRNA fragments biogenesis. Indeed, we used small RNAs Illumina sequencing datasets extracted from wild type and mutant Drosophila ovaries affecting two different highly conserved steps of tRNA biogenesis: 5'pre-tRNA processing (RNase-P subunit Rpp30) and tRNA 2'-O-methylation (CG7009 and CG5220). Using our pipeline, we show how defects in tRNA biogenesis affect nuclear and mitochondrial tRFs populations and other small non-coding RNAs biogenesis, such as small nucleolar RNAs (snoRNAs). This tRF analysis workflow will advance the current understanding of tRFs biogenesis, which is crucial to better comprehend tRFs roles and their implication in human pathology.

Abstract Germline cells produce gametes, which are specialized cells essential for sexual reproduction. Germline cells first amplify through several rounds of mitosis before switching to the meiotic program, which requires specific sets of proteins for DNA recombination, chromosome pairing and segregation. Surprisingly, we previously found that some proteins of the synaptonemal complex, a prophase I meiotic structure, are already expressed and required in the mitotic region of Drosophila females. Here, to assess if additional meiotic genes were expressed earlier than expected, we isolated mitotic and meiotic cell populations to compare their RNA content. Our transcriptomic analysis reveals that all known meiosis I genes are already expressed in the mitotic region, however, only some of them are translated. As a case study, we focused on mei-W68 , the Drosophila homologue of Spo11 , to assess its expression at both the mRNA and protein levels, and used different mutant alleles to assay for a pre-meiotic function. We could not detect any functional role for Mei-W68 during homologous chromosome pairing in dividing germ cells. Our study paves the way for further functional analysis of meiotic genes expressed in the mitotic region. Article Summary Germline cells, crucial for sexual reproduction, were thought to switch to meiosis only after several rounds of mitosis. Surprisingly, a few meiotic proteins were found active in the mitotic phase of female flies. Here, we discovered that all known meiosis genes were expressed during mitosis, but only some produced proteins. This study suggests that genes related to reproduction are active earlier than expected, prompting further exploration into their functions during early cell division.

Encapsulation of germline cells by layers of somatic cells forms the basic unit of female reproduction called primordial follicles in mammals and egg chambers in Drosophila. How germline and somatic tissues are coordinated for the morphogenesis of each separated unit remains poorly understood. Here, using improved live-imaging of Drosophila ovaries, we uncovered periodic actomyosin waves at the cortex of germ cells. These contractile waves are associated with pressure release blebs, which project from germ cells into somatic cells. We demonstrate that these cortical activities, together with cadherin-based adhesion, are required to sort each germline cyst as one collective unit. Genetic perturbations of cortical contractility, blebs protrusion or adhesion between germline and somatic cells induced failures to encapsulate any germ cells or the inclusion of too many germ cells or even the mechanical split of germline cysts. Our results reveal that germ cells play an active role in the physical coupling with somatic cells to produce the female gamete.

During meiosis, each duplicated chromosome pairs and recombines with its unique homolog to ensure the shuffling of genetic information across generations. Functional studies in classical model organisms have revealed a surprising diversity in the chronology and interdependency of the earliest meiotic steps such as chromosome movements, pairing, association via Synaptonemal Complex formation (synapsis), recombination and the formation of chiasmata. A key player is Spo11, an evolutionarily conserved topoisomerase-related transesterase that initiates meiotic recombination via the catalysis of programmed DNA double stranded breaks (DSBs). While DSBs are required for pairing and synapsis in budding yeast and mouse, alternative pathways are employed during female meiosis of the fruit fly and nematode Caenorhabditis elegans . Here, to provide a comparative perspective on meiotic regulation from a distinct animal clade, we chart gametogenesis in Clytia hemisphaerica jellyfish and examine the role of Spo11 using CRISPR-Cas9 mutants, generated clonally from F0 polyp colonies. Spo11 mutant females fail to assemble synaptonemal complexes and chiasmata, such that homologous chromosome pairs disperse during oocyte growth. Subsequent meiotic divisions are abnormal but produce viable progeny. Clytia thus shares an ancient eukaryotic dependence of synapsis and chromosome segregation on Spo11-generated DSBs. It provides a valuable additional experimental model for dissecting meiotic mechanisms during animal gametogenesis, and for building a comparative framework for distinguishing evolutionarily conserved versus flexible features of meiosis.

During meiosis, each chromosome must selectively pair and synapse with its own unique homolog to enable crossover formation and subsequent segregation. How homolog pairing is maintained in early meiosis to ensure synapsis occurs exclusively between homologs is unknown. We aimed to further understand this process by utilizing a unique Drosophila meiotic mutant, Mcm5A7. We found that Mcm5A7 mutants are proficient in homolog pairing at meiotic onset yet fail to maintain pairing as meiotic synapsis ensues, causing seemingly-normal synapsis between non-homologous loci. This pairing defect corresponds with a reduction of SMC1-dependent centromere clustering at meiotic onset. Overexpressing SMC1 in this mutant significantly restores centromere clustering, homolog pairing, and crossover formation. These data indicate that the initial meiotic pairing of homologs is not sufficient to yield synapsis exclusively between homologs, and provide a model in which meiotic homolog pairing must be stabilized by SMC1-dependent centromere clustering to ensure proper synapsis.