Abstract Cilia and flagella are ancient structures that achieve controlled motor functions through the coordinated interaction of structures including dynein arms, radial spokes (RSs), microtubules, and the dynein regulatory complex (DRC). RSs facilitate the beating motion of these organelles by mediating signal transduction between dyneins and a central pair (CP) of singlet microtubules. RS complex isolation from Chlamydomonas axonemes enabled the detection of 23 different proteins (RSP1-23), with the roles of RSP13, RSP15, RSP18, RSP19, and RSP21 remained poorly understood. Herein, we show that Lrrc23 is an evolutionarily conserved testis-enriched gene encoding an RSP15 homolog in mice. Through immunoelectron microscopy, we demonstrate that LRRC23 localizes to the RS complex within murine sperm flagella. We further found that LRRC23 was able to interact with RSHP9 and RSPH3A/B. The knockout of Lrrc23 resulted in RS disorganization and impaired motility in murine spermatozoa, whereas the ciliary beating was unaffected by the loss of this protein. Spermatozoa lacking LRRC23 were unable to efficiently pass through the uterotubal junction and exhibited defective zona penetration. Together these data indicate that LRRC23 is a key regulator underpinning the integrity of RS complex within the flagella of mammalian spermatozoa, whereas it is dispensable in cilia. Author summary

The structure of the sperm flagellar axoneme is highly conserved across species and serves the essential function of generating motility to facilitate the meeting of spermatozoa with the egg. During spermiogenesis, the axoneme elongates from the centrosome, and subsequently the centrosome docks onto the nuclear envelope to continue tail biogenesis. Mycbpap is expressed predominantly in mouse and human testes and conserved in Chlamydomonas as FAP147. A previous cryo-electron microscopy analysis has revealed the localization of FAP147 to the central apparatus of the axoneme. Here, we generated Mycbpap knockout mice and demonstrated the essential role of Mycbpap in male fertility. Deletion of Mycbpap led to disrupted centrosome-nuclear envelope docking and abnormal flagellar biogenesis. Furthermore, we generated transgenic mice with tagged MYCBPAP, which restored the fertility of Mycbpap knockout males. Interactome analyses of MYCBPAP using Mycbpap transgenic mice unveiled binding partners of MYCBPAP including central apparatus proteins such as CFAP65 and CFAP70 that constitute the C2a projection and centrosome-associated proteins such as CCP110. These findings provide insights into a MYCBPAP-dependent regulation of the centrosome-nuclear envelope docking and sperm tail biogenesis.

Endometrial decidualization, a prerequisite for successful pregnancies, relies on transcriptional reprogramming driven by progesterone receptor (PR) and bone morphogenetic protein (BMP)-SMAD1/SMAD5 signaling pathways. Despite their critical roles in early pregnancy, how these pathways intersect in reprogramming the endometrium into a receptive state remains unclear. To define how SMAD1 and/or SMAD5 integrate BMP signaling in the uterus during early pregnancy, we generated two novel transgenic mouse lines with affinity tags inserted into the endogenous SMAD1 and SMAD5 loci (Smad1HA/HA and Smad5PA/PA). By profiling the genome-wide distribution of SMAD1, SMAD5, and PR in the mouse uterus, we demonstrated the unique and shared roles of SMAD1 and SMAD5 during the window of implantation. We also showed the presence of a conserved SMAD1, SMAD5, and PR genomic binding signature in the uterus during early pregnancy. To functionally characterize the translational aspects of our findings, we demonstrated that SMAD1/5 knockdown in human endometrial stromal cells suppressed expression of canonical decidual markers (IGFBP1, PRL, FOXO1) and PR-responsive genes (RORB, KLF15). Here, our studies provide novel tools to study BMP signaling pathways and highlight the fundamental roles of SMAD1/5 in mediating both BMP signaling pathways and the transcriptional response to progesterone (P4) during early pregnancy.

Ribonucleoprotein (RNP) granules are membraneless electron-dense structures rich in RNAs and proteins, and involved in various cellular processes. Two RNP granules in male germ cells, intermitochondrial cement and the chromatoid body (CB), are associated with PIWI-interacting RNAs (piRNAs) and are required for transposon silencing and spermatogenesis. Other RNP granules in male germ cells, the reticulated body and CB remnants, are also essential for spermiogenesis. In this study, we disrupted FBXO24, a testis-enriched F-box protein, in mice and found numerous membraneless electron-dense granules accumulated in sperm flagella. Fbxo24 knockout (KO) mice exhibited malformed flagellar structures, impaired sperm motility, and male infertility, likely due to the accumulation of abnormal granules. The amount and localization of known RNP granule-related proteins were not disrupted in Fbxo24 KO mice, suggesting that the accumulated granules were distinct from known RNP granules. Further studies revealed that RNAs and two importins, IPO5 and KPNB1, abnormally accumulated in Fbxo24 KO spermatozoa. In addition, IPO5 and KPNB1 were recruited to stress granules, RNP complexes, when cells were treated with oxidative stress or a proteasome inhibitor. These results suggest that FBXO24 plays a critical role in preventing the accumulation of importins and RNP granules in sperm flagella.