Abstract Defects in the structure or motility of cilia and flagella may lead to severe diseases such as primary ciliary dyskinesia (PCD), a multisystemic disorder with heterogeneous manifestations affecting primarily respiratory and reproductive functions. We report that CFAP61 is a conserved component of the Calmodulin and radial Spoke associated Complex (CSC) of cilia. We find that a CFAP61 splice variant, c.143+5G>A, causes exon skipping in human, inducing a multiple morphological abnormalities of the flagella (MMAF) phenotype. We generated Cfap61 knockout mice that recapitulate the infertility phenotype of the human CFAP61 mutation, but without other symptoms usually observed in PCD. We find that CFAP61 interacts with the CSC, radial spoke stalk and RS head. During early stages of Cfap61 −/− spermatid development, the assembly of RS components is impaired. With the progress of spermiogenesis, the axoneme in Cfap61 −/− cells becomes unstable and scatters, and the distribution of intraflagellar transport proteins is disrupted. This study reveals an organ specific mechanism of axoneme stabilization that is related to male infertility.

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

Abstract Infertility affects 10% - 15% of families worldwide. However, the pathogenesis of female infertility caused by abnormal early embryonic development is not clear. We constructed a mouse model (Pabpn1l -/-) simulating the splicing abnormality of human PABPN1L and found that the female was sterile and the male was fertile. The Pabpn1l -/- oocytes can be produced, ovulated and fertilized normally, but cannot develop beyond the 2-cell stage. Using RNA-Seq, we found a large-scale upregulation of RNA in Pabpn1l -/- MII oocytes. Of the 2401 transcripts upregulated in Pabpn1l-/- MII oocytes, 1523 transcripts (63.4%) were also upregulated in Btg4 -/- MII oocytes, while only 53 transcripts (2.2%) were upregulated in Ythdf2 -/- MII oocytes. We documented that transcripts in zygotes derived from Pabpn1l -/- oocytes have a longer poly(A) tail than the control group, a phenomenon similar to that in Btg4-/- mice. Surprisingly, the poly(A) tail of these mRNAs was significantly shorter in the Pabpn1l -/- MII oocytes than in the Pabpn1l +/+. These results suggest that PABPN1L is involved in BTG4-mediated maternal mRNA degradation, and may antagonize poly(A) tail shortening in oocytes independently of its involvement in maternal mRNA degradation. Thus, PABPN1L variants could be a genetic marker of female infertility.