Gametes are generated through a specialized cell differentiation process, meiosis which, in most mammals, is initiated in ovaries during fetal life. It is widely admitted that all-trans retinoic acid (ATRA) is the molecular signal triggering meiosis initiation in mouse female germ cells, but a genetic approach in which ATRA synthesis is impaired disputes this proposal. In the present study, we investigated the contribution of endogenous ATRA to meiosis by analyzing fetuses lacking all RARs ubiquitously, obtained through a tamoxifen-inducible cre recombinase-mediated gene targeting approach. Efficient ablation of RAR-coding genes was assessed by the multiple congenital abnormalities displayed by the mutant fetuses. Unexpectedly, their germ cells robustly expressed STRA8, REC8, SYCP1 and SYCP3, showing that RAR are actually dispensable up to the zygotene stage of meiotic prophase I. Thus our study goes against the current model according to which meiosis is triggered by endogenous ATRA in the developing ovary and revives the identification of the meiosis-preventing substance synthesized by CYP26B1 in the fetal testis.

ABSTRACT NR5A1 is an orphan nuclear receptor crucial for gonadal development in mammals. In the mouse testis it is expressed both in Sertoli cells (SC) and Leydig cells (LC). To investigate its role posteriorly to sex determination, we have generated and analysed mice lacking NR5A1 in SC from embryonic day (E) 13.5 onwards ( Nr5a1 SC−/− mutants). Ablation of Nr5a1 impairs the expression of genes characteristic of SC identity (e.g., Sox9, Amh ), makes SC to progressively die from E14.5 by a Trp53 -independent mechanism, and induces disorganization of the testis cords, which, together, yields germ cells (GC) to prematurely enter meiosis and die, instead of becoming quiescent. Single-cell RNA-sequencing experiments revealed that Nr5a1 -deficient SC acquire a pre-granulosa cell-like identity, and profoundly modify the landscape of the adhesion molecules and extracellular matrix they express. We propose therefore that SC lacking NR5A1 transdifferentiate and die by anoikis. Fetal LC do not display major changes in their transcriptome, indicating that SC are not required beyond E14.5 for their emergence or maintenance. In contrast, adult LC were missing in Nr5a1 SC−/− postnatal testes. In addition, adult males display Müllerian duct derivatives (i.e., uterus, vagina), as well as a decreased anogenital distance and a shorter penis that can be explained by loss of AMH production and defective HSD17B1- and HSD17B3-mediated synthesis of testosterone in SC during fetal life. Together, our findings indicate that Nr5a1 expressed in SC after the period of sex determination safeguards SC identity, which maintains proper seminiferous cord organization and prevents GC to enter meiosis.

Abstract Spermatozoa have a unique genome organization: their chromatin is almost completely devoid of histones and is formed instead of protamines which confer a high level of compaction and preserve paternal genome integrity until fertilization. Histone-to-protamine transition takes place in spermatids and is indispensable for the production of functional sperm. Here we show that the H3K79-methyltransferase DOT1L controls spermatid chromatin remodelling and subsequent reorganization and compaction of spermatozoon genome. Using a mouse model in which Dot1l is knocked-out (KO) in postnatal male germ cells, we found that Dot1l -KO sperm chromatin is less compact and has an abnormal content, characterized by the presence of transition proteins, immature protamine 2 forms and a higher level of histones. Proteomics and transcriptomics analyses performed on spermatids reveal that Dot1l -KO modifies the chromatin prior to histone removal, and leads to the deregulation of genes involved in flagellum formation and apoptosis during spermatid differentiation. As a consequence of these chromatin and gene expression defects, Dot1l -KO spermatozoa have less compact heads and are less motile which results in impaired fertility.