Abstract Pre‐implantation embryonic development occurs in the oviduct during the first few days of pregnancy. The presence of oviductal extracellular vesicles (oEVs, also called oviductosomes) is crucial for pre‐implantation embryonic development in vivo as oEVs often contain molecular transmitters such as proteins. Therefore, evaluating oEV cargo during early pregnancy could provide insights into factors required for proper early embryonic development that are missing in the current in vitro embryo culture setting. In this study, we isolated oEVs from the oviductal fluid at estrus and different stages of early embryonic development. The 2306–3066 proteins in oEVs identified at the different time points revealed 58–60 common EV markers identified in exosome databases. Oviductal extracellular vesicle proteins from pregnant samples significantly differed from those in non‐pregnant samples. In addition, superovulation changes the protein contents in oEVs compared to natural ovulation at estrus. Importantly, we have identified that embryo‐protectant proteins such as high‐mobility protein group B1 and serine (or cysteine) peptidase inhibitor were only enriched in the presence of embryos. We also visualized the physical interaction of EVs and the zona pellucida of 4‐ to 8‐cell stage embryos using transmission electron microscopy as well as in vivo live imaging of epithelial cell‐derived GFP‐tagged CD9 mouse model. All protein data in this study are readily available to the scientific community in a searchable format at https://genes.winuthayanon.com/winuthayanon/oviduct_ev_proteins/ . In conclusion, we identified oEVs proteins that could be tested to determine whether they can improve embryonic developmental outcomes in vivo and in vitro setting.

Abstract Due to the vital roles of macrophages in the pathogenesis of endometriosis, targeting macrophages could be a new therapeutic direction. Here, we investigated the efficacy of niclosamide for the resolution of perturbed microenvironment caused by dysregulated macrophages in a mouse model of endometriosis. Single-cell transcriptomic analysis revealed the heterogeneity of macrophage subpopulations including three newly identified intermediate subtypes with sharing characteristics of traditional “small” or “large” peritoneal macrophages (SPMs and LPMs) in the peritoneal cavity. Endometriosis-like lesions (ELL) enhanced the differentiation of recruited macrophages, promoted the replenishment of resident LPMs, and increased ablation of embryo-derived LPMs, which were stepwise suppressed by niclosamide. In addition, niclosamide reversed intercellular communications between macrophages and B cells which were disrupted by ELL. Therefore, niclosamide rescued the perturbed microenvironment in endometriosis through its fine regulations on the dynamic progression of macrophages and could be a new promising therapy for endometriosis. Summary Niclosamide tunes the dynamic progression of peritoneal macrophages and their intercellular communications with B cells to rescue the disrupted microenvironment in the peritoneal cavity in a mouse model of endometriosis. Graphic Abstract

ABSTRACT The oviduct is the site of fertilization and preimplantation embryo development in mammals. Evidence suggests that gametes alter oviductal gene expression. To delineate the adaptive interactions between the oviduct and gamete/embryo, we performed a multi-omics characterization of oviductal tissues utilizing bulk RNA-sequencing (RNA-seq), single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq), and proteomics collected from distal and proximal at various stages after mating in mice. We observed robust region-specific transcriptional signatures. Specifically, the presence of sperm induces genes involved in pro-inflammatory responses in the proximal region at 0.5 days post-coitus (dpc). Genes involved in inflammatory responses were produced specifically by secretory epithelial cells in the oviduct. At 1.5 and 2.5 dpc, genes involved in pyruvate and glycolysis were enriched in the proximal region, potentially providing metabolic support for developing embryos. Abundant proteins in the oviductal fluid were differentially observed between naturally fertilized and superovulated samples. RNA-seq data were used to identify transcription factors predicted to influence protein abundance in the proteomic data via a novel machine learning model based on transformers of integrating transcriptomics and proteomics data. The transformers identified influential transcription factors and correlated predictive protein expressions in alignment with the in vivo -derived data. In conclusion, our multi-omics characterization and subsequent in vivo confirmation of proteins/RNAs indicate that the oviduct is adaptive and responsive to the presence of sperm and embryos in a spatiotemporal manner. Significance Statement We conducted a detailed molecular study of how the oviduct changes its gene expression and protein production in response to sperm and embryos after mating in mice. We found that the oviduct has distinct molecular signatures in different regions - upper versus lower regions. Shortly after mating, inflammatory responses are turned on in the lower regions due to the presence of sperm. A bit later, metabolic genes ramp up in the lower regions, likely to provide nutrients for the developing embryos. Overall, this multi-omics study revealed the oviduct dynamically adapts its molecular makeup over time and space to accommodate and support sperm, eggs and embryos.

Abstract One of the endogenous estrogens, 17β-estradiol (E 2 ) is a female steroid hormone secreted from the ovary. It is well established that E 2 causes biochemical and histological changes in the uterus. The oviduct response to E 2 is virtually unknown in an in vivo environment. In this study, we assessed the effect of E 2 on each oviductal cell type, using an ovariectomized-hormone-replacement mouse model, single cell RNA-sequencing (scRNA-seq), in situ hybridization, and cell-type-specific deletion in mice. We found that each cell type in the oviduct responded to E 2 distinctively, especially ciliated and secretory epithelial cells. The treatment of exogenous E 2 did not drastically alter the transcriptomic profile from that of endogenous E 2 produced during estrus. Moreover, we have identified and validated genes of interest in our datasets that may be used as cell- and region-specific markers in the oviduct. Insulin-like growth factor 1 ( Igf1 ) was characterized as an E 2 -target gene in the mouse oviduct and was also expressed in human Fallopian tubes. Deletion of Igf1 in progesterone receptor ( Pgr )-expressing cells resulted in female subfertility, partially due to an embryo developmental defect and embryo retention within the oviduct. In summary, we have shown that oviductal cell types are differentially regulated by E 2 and support gene expression changes that are required for normal embryo development and transport in mouse models.