Spermatogenesis defects concern millions of men worldwide, yet the vast majority remains undiagnosed. Here we report men with primary infertility due to multiple morphological abnormalities of the sperm flagella with severe disorganization of the sperm axoneme, a microtubule-based structure highly conserved throughout evolution. Whole-exome sequencing was performed on 78 patients allowing the identification of 22 men with bi-allelic mutations in DNAH1 (n = 6), CFAP43 (n = 10), and CFAP44 (n = 6). CRISPR/Cas9 created homozygous CFAP43/44 male mice that were infertile and presented severe flagellar defects confirming the human genetic results. Immunoelectron and stimulated-emission-depletion microscopy performed on CFAP43 and CFAP44 orthologs in Trypanosoma brucei evidenced that both proteins are located between the doublet microtubules 5 and 6 and the paraflagellar rod. Overall, we demonstrate that CFAP43 and CFAP44 have a similar structure with a unique axonemal localization and are necessary to produce functional flagella in species ranging from Trypanosoma to human.

ABSTRACT A20 haploinsufficiency (HA20) is an autoinflammatory disease caused by heterozygous loss-of-function variations in TNFAIP3, the gene encoding the A20 protein. Diagnosis of HA20 is challenging due to its heterogeneous clinical presentation and the lack of pathognomonic symptoms. While the pathogenic effect of TNFAIP3 truncating variations is clearly established, that of missense variations is difficult to determine. Herein, we identified a novel TNFAIP3 variation, p.(Leu236Pro), located in the A20 Ovarian Tumor (OTU) domain and demonstrated its pathogenicity. In the patients’ primary cells, we observed reduced A20 levels explained by enhanced degradation. We showed a disrupted ability of A20_Leu236Pro to inhibit the NF-κB pathway. Review of previously reported TNFAIP3 missense variations revealed that only 3/7 are pathogenic. Through structural modeling we showed that the residues involved in OTU pathogenic missense variations establish common interactions. Interpretation of newly identified missense variations is challenging, requiring, as illustrated here, functional demonstration of their pathogenicity. Together with functional studies, in-silico structure analysis is a valuable approach that allowed us to unveil a region within the OTU domain critical for A20 function.