background image

 

Disruption  in 

CYLC1

  leads  to  acrosome 

detachment, sperm head deformity, and male 

in/subfertility in humans and mice 

Hui-Juan Jin,

a,f

 Yong Fan,

b,f

 Xiao-Yu Yang,

c,f

 Yue Dong,

d

 Xiao-Zhen Zhang,

a

 

Xin-Yan Geng,

a

 Zheng Yan,

b

 Ling Wu,

b

 Meng Ma,

b

 Bin Li,

b

 Qi-Feng Lyu,

b

 Yun 

Pan,

d

 Ming-Xi Liu,

e,*

 Yan-Ping Kuang,

b,*

 and Su-Ren Chen,

a,* 

a

Key  Laboratory  of  Cell  Proliferation  and  Regulation  Biology,  Ministry  of 

Education,  Department  of  Biology,  College  of  Life  Sciences,  Beijing  Normal 

University,  100875  Beijing,  China; 

b

Department  of  Assisted  Reproduction, 

Shanghai  Ninth 

People’s  Hospital,  Shanghai  Jiao  Tong  University  School  of 

Medicine,  Shanghai  200011,  China; 

c

State  Key  Laboratory  of  Reproductive 

Medicine and Offspring Health, The Center for Clinical Reproductive Medicine, 

The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University, Nanjing 210029, China; 

d

State  Key  Laboratory  of  Reproductive  Medicine  and  Offspring  Health, 

Department  of  Histology  and  Embryology,  School  of  Basic  Medical  Sciences, 

Nanjing  Medical  University,  Nanjing  210029,  China; 

e

State  Key  Laboratory  of 

Reproductive  Medicine  and  Offspring  Health,  The  Affiliated  Taizhou  People’s 

Hospital  of  Nanjing  Medical  University,  Taizhou  School  of  Clinical  Medicine, 

Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China 

f

These authors contributed equally to this study 

*For correspondence: 

mingxi.liu@njmu.edu.cn (M-XL) 

kuangyanp@126.com (Y-PK) 

chensr@bnu.edu.cn (S-RC) 

Competing interests: 

The authors declare that no competing interests exist. 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

NOTE: This preprint reports new research that has not been certified by peer review and should not be used to guide clinical practice.

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

 

Abstract

 

The perinuclear theca (PT) is a dense cytoplasmic web encapsulating the sperm 

nucleus. The physiological roles of PT in sperm biology and the clinical relevance 

of variants of PT proteins to male infertility are still largely unknown. We reveal 

that cylicin-1, a major constituent of the PT, is vital for male fertility in both mice 

and  humans.  Loss  of  cylicin-1  in  mice  leads  to  a  high  incidence  of  malformed 

sperm  heads  with  acrosome  detachment  from  the  nucleus.  Cylicin-1  interacts 

with  itself,  several  other  PT  proteins,  the  inner  acrosomal  membrane  (IAM) 

protein SPACA1, and the nuclear envelope (NE) protein FAM

209 to form an ‘IAM-

cylicins-

NE’ sandwich structure, anchoring the acrosome to the nucleus. WES of 

more than 500 Chinese infertile men with sperm head deformities was performed 

and a 

CYLC1

 variant was identified in 19 patients. 

Cylc1

-mutant mice carrying 

this variant also exhibited sperm acrosome/head deformities and reduced fertility, 

indicating that this 

CYLC1

 variant most likely affects human male reproduction. 

Furthermore, the outcomes of  assisted reproduction were reported for patients 

harbouring the 

CYLC1

 variant. Our findings demonstrate a critical role of cylicin-

1  in  the  sperm  acrosome-nucleus  connection  and  suggest 

CYLC1

  variants  as 

potential risk factors for human male fertility. 

Keywords

:  Perinuclear  theca,  CYLC1,  Male  infertile,  Sperm  head  deformity, 

Acrosome detachment 

Introduction 

In  mammalian  sperm,  the  cytoskeletal  element  encapsulating  the  nuclei  is  a 

detergent- and high salt-resistant structure called the perinuclear theca (PT) (

Oko 

et al., 2009

). Apically, the PT resides between the inner acrosomal membrane 

(IAM) and the nuclear envelope (NE) making up the subacrosomal layer (PT-SAL, 

also  known  as  the  acroplaxome),  while  caudally,  it  resides  between  the  cell 

membrane and the NE making up the postacrosomal part (PT-PAR, also known 

as  the  calyx).  The  PT  is  not  composed  of  traditional  cytoskeletal  proteins  but 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

 

rather of a variety of spermatid-specific cytosolic and nuclear proteins. Longo et 

al. determined that two kinds of basic proteins are the major constituents of PT: 

calicin and cylicins (

Longo et al., 1987

). After that, more than twenty PT-enriched 

proteins,  such  as  fatty  acid-binding  protein  (FABP)9  (

Oko  et  al.,  1994

),  actin-

capping  protein 

(CP)  α3/β3  (

Bulow  et  al.,  1997

),  transcription  factor  STAT4 

(

Herrada  et  al.,  1997

),  actin-related  proteins  ACTRT1/2  (

Heid  et  al.,  2002

), 

histone  H2B  variant  H2BL1  (

Aul  et  al.,  2002

),  sperm-born  oocyte  activating 

factors (PLC

ζ and PAWP) (

Aarabi et al., 2004; Hachem et al., 2017

), and the 

glutathione S-transferase GSTO2 (

Hamilton et al., 2017

), have been identified 

from mammalian sperm. 

The PT is speculated to function as 1) an architectural element involved in the 

shape  changes  of  the  nucleus  during  spermiogenesis,  2)  a  cement  linking  the 

acrosome with the nucleus, and 3) a candidate for sperm-borne oocyte activation. 

However, the physiological roles of PT in sperm are largely uncertain due to the 

lack of evidence from gene knockout animal models. Our recent studies of 

Ccin

and 

Actrt1

-knockout mice  indicate that PT, at least, physiologically functions to 

protect  nuclear  structure  and  anchor  developing  acrosomes  to  the  nucleus 

(

Zhang et al., 2022a; Zhang et al., 2022b

). Loss of calicin specifically leads to 

the  surface  subsidence  of  sperm  heads  in  the  nuclear  condensation  stage 

(

Zhang et al., 2022a

). Importantly, we further report that three infertile men with 

sperm head deformities carry homozygous pathogenic mutations in 

CCIN

, and 

the corresponding 

Ccin

-mutant mice mimic the phenotype in patients (

Fan et al., 

2022

). 

Actrt1

-KO  male  mice  are  severely  subfertile  as  a  result  of  detached 

acrosomes and fertilization deficiency (

Zhang et al., 2022b

). ACTRT1 anchors 

acrosomes to the nucleus by interacting with some IAM proteins and NE proteins 

(

Zhang et al., 2022b

). 

Hess et al. cloned cDNAs encoding cylicin-1, named for the Greek word for 

‘cup’ or ‘beaker’ (

Hess et al., 1993

). 74 kDa cylicin-1 contains numerous lysine 

dipeptides  followed  by  a  third  variable  amino  acid  (KKX).  The  C-terminal  tail 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

 

contains proline-rich segments and the central portion of the protein is arranged 

as  a  series  of  repeating  units  that  are  predicted  to  form  short  alpha  helices. 

Northern blotting detects the cylicin-1 transcript only in the testis, and an antibody 

against  cylicin-1  specifically  stains  the  PT-PAR  of  human  and  bovine  sperm 

(

Hess et al., 1993

).

 

Apart from the first expression study of calicin-1 published 

30 years ago, the physiological role of cylicin-1 in sperm biology is still unknown. 

In this study, we generated a 

Cylc1

-KO mouse model and revealed that loss 

of cylicin-1 leads to severe male subfertility as a result of sperm head deformities 

and acrosome detachment. A 

CYLC1

 variant was identified from a WES study of 

infertile patients with sperm head deformities. The contribution of this variant to 

male subfertility with sperm acrosome detachment is further confirmed by animal 

evidence from 

Cylc1

-mutant mice. 

Results 

Generation of 

Cylc1

-KO mice 

Cylicin-1  is  a  major  and  specific  constituent  of  the  PT  of  mammalian  sperm 

(

Longo et al., 1987

). According to the Expression Atlas database, cylicin-1 was 

specifically expressed in testis tissues, and restricted to early and late spermatid 

subpopulations  (

Figure  1A  and  Figure  1

—figure  supplement  1

).  Using  our 

homemade  rabbit  anti-CYLC1  antibody  (

Figure  1

—figure  supplement  2

),  we 

showed that cylicin-1 was initially expressed at the subacrosomal layer (SAL) in 

round  and  elongating  spermatids  and  then  translocated  to  the  postacrosomal 

region (PAR) in sperm (

Figure 1B

). The dynamic expression pattern of cylicin-1 

is  quite  similar  to  that  of  CAPZA3  (

Bulow  et  al.,  1997

),  calicin  (

Zhang  et  al., 

2022a

),  and  ACTRT1  (

Zhang  et  al.,  2022b

),  all  showing  SAL-to-PAR 

translocation during spermiogenesis. 

To explore the physiological role of cylicin-1, we disrupted its function in mice 

by applying CRISPR/Cas9 technology (

Figure 1C

). The 

Cylc1

 gene has only one 

transcript and a 3651 bp region containing  exons 3 and 4 was selected as the 

knockout region (

Figure 1

—figure supplement 3

). The 

Cylc1

 gene is located on 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

 

the X-chromosome; accordingly, female 

Cylc1

+/-

 founder mice were crossed with 

WT  males  to  generate 

Cylc1

-/Y

  (hereafter  called 

Cylc1

-KO)  mice,  which  were 

tested  by  genotyping  PCR  of  tail  genomic  DNA  (

Figure  1C

).  Western  blotting 

analysis  with  anti-cylicin-1  antibody  confirmed  absence  of  the  cylicin-1  in  the 

testis protein lysates of 

Cylc1

-KO mice (

Figure 1C

). 

Severe male subfertility of 

Cylc1

-KO mice 

Adult 

Cylc1

-KO male mice were normal in appearance, healthy and developed 

with no identifiable abnormalities. Given that cylicin-1 is a sperm-specific protein, 

we studied the fertility of 

Cylc1

-KO male mice by mating them with WT females. 

Although 

Cylc1

-KO  male  mice  were  able  to  mate  normally  with  females,  they 

suffered  from  severe  male  subfertility.  Both  the  pregnancy  rates  of  mating 

females  and  pup

s  that  were  born  from 

Cylc1

-KO males  were  significantly 

reduced compared with those from WT males 

(

Figure 1D

)

. The testis size and 

weight were similar between 

Cylc1

-KO mice and their littermate WT mice 

(

Figure 

1

—figure supplement 4

)

. Histological examination of 

Cylc1

-KO testis and cauda 

epididymis  revealed  generally  normal  spermatogenesis  and  sperm  production 

(

Figure  1

—figure supplement 4

)

Both  the  sperm  count  and  the total  motility 

were similar between 

Cylc1

-KO mice and WT mice (

Figure 1E

).

 

We next examined whether 

Cylc1

-KO mice suffer from sperm morphological 

abnormalities. Sperm were obtained from the cauda epididymis and analysed by 

Papanicolaou staining. The sperm of WT mice showed  a 

typical ‘hook-shaped’ 

appearance with a streamlined dorsal part (

Figure 1F

), whereas the 

Cylc1

-KO 

mice  produced  sperm  with  abnormal  head  morphologies,  exhibiting  varying 

degrees of ‘fan-shaped’ heads (

Figure 1F

). 

Mild ‘fan-shaped’ heads showed a 

roughly similar morphology to normal sperm heads but  with an obvious corner 

curve  at  the  dorsal  side  (

Figure  1F,  second  row

), 

while  severe  ‘fan-shaped’ 

heads  exhibited  a  quite  different  morphology  and  looked 

like  a  ‘fan’  when 

observed from the head-tail connection (

Figure 1F, third row

). Sperm with mild 

and severe 

‘fan-shaped’ heads accounted for approximately 60% and 40% of the 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

 

total sperm in 

Cylc1

-KO mice, resp

ectively. The phenotype of ‘fan-shaped’ heads 

in sperm of 

Cylc1

-KO mice was further identified by scanning electron microscopy 

(SEM) (

Figure 1G

).

 

Acrosome detachment in

 

spermatids and sperm of 

Cylc1

-KO mice 

To explore the reason for the sperm head deformities, we examined the acrosome 

structure  in 

Cylc1

-KO  mice  by  peanut  agglutinin  (PNA)-FITC  staining.  In 

spermatids  of  WT  mice,  the  developing  acrosome  was  tightly  bound  to  the 

nuclear envelope (NE) of the sperm nucleus. S

permatids of 

Cylc1

-KO mice, by 

contrast, exhibited varying degrees of acrosome detachment from the NE 

(

Figure 

2A

)

.  Statistical  analysis  indicated  that  the  ratio  of  acrosome  detachment  in 

spermatids  of 

Cylc1

-KO  mice  was  significantly  higher  than  that  in  WT  mice 

(

Figure 2B

)

. We further examined PT-SAL, an F-actin-containing plate between 

the  inner  acrosomal  membrane  (IAM)  and  NE,  using  an  F-actin  fluorescence 

probe.  Compared  with  WT  mice,  spermatids  of 

Cylc1

-KO  mice  showed

 

disturbance of the PT-SAL distribution, and sometimes it broke away from the NE 

(

Figure  2C

)

. The percentage of spermatids with abnormal  PT-SAL structure in 

Cylc1

-KO mice was also significantl

y greater than t

hat in WT mice 

(

Figure 2D

)

Under a transmission electron microscope (TEM), the phenomenon of acrosome 

detachmen

t in

 

the  sperm

 of 

Cylc1

-KO mice was clearly observed 

(

Figure  2E

)

The number of sperm with detached acrosomes was significantly higher in 

Cylc1

-

KO m

ice than in W

T mice 

(

Figure 2F

)

To  explore  whether  acrosome  detachment  occurs  during  spermiogenesis, 

we  performed  TEM  analysis  of  elongating  spermatids  with

in  the  tes

tis.  TEM 

analysis clearly revealed an enlarged space area between the IAM and the NE in 

spermatids  of 

Cylc1

-KO  mice 

(

Figure  2G

)

.  The  average  PT-SAL  thickness 

(space 

between the IAM and the NE) was significantly larger in the spermatids of 

Cylc1

-KO mice than those of in WT

 mice 

(

Figure 2H

)

. Moreover, the manchette 

was generally norm

al in the spermatids of 

Cylc1

-KO mice, as revealed by tubulin 

fluorescence probe staining an

d TEM analysis 

(

Figure 2

—figure supplement 1

)

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

 

We next determined whether sperm acrosome detachment in 

Cylc1

-KO mice 

affects the acrosome reaction (AR) that is required for physiological fertilization. 

Intact  acrosomes  can  be  lab

elled  with  PNA-FITC  dye,  whereas  acrosome-

reacted sperm lack 

PNA-FITC signals 

(

Hao et al., 2014

)

. Ther

e was no difference 

in the ratio of spontaneous AR in sperm between WT mice and 

Cylc1

-KO mice; 

however,  the  calcium  ionophore  A23187-induced  AR  rate  in  sperm  was 

significantly  lower  in 

Cylc1

-KO  mice  than  in  W

T  mice 

(

Figure  2I

)

.  We  next 

performed in vitro fertilization (IVF) using sperm

 from 

Cylc1

-KO mice or WT mice. 

The  percentage  of  two-cell  embryos  using  sperm  of 

Cylc1

-KO  mice  was 

significantly decreased compared with that of WT mice 

(

Figure 2J

)

Cylicin-1 interacts with itself and other PT proteins 

To  explore  the  molecular  mechanisms  underlying  the 

acrosome-nucleus 

connection by calicin-1,  the interacting partners of  calicin-1 were studied using 

protein

‒protein  interaction  technologies.  First,  w

e  found  that  FLAG-tagged 

CYLC1  could  be  coimmunoprecipitated  with  Myc-tagged  CYLC1  in  HEK293T 

cells,  demonstrating  that  cylicin-1  interacts  with  itself

 

(

Figure  3

—figure 

supplement 1

). The interactions between Myc-tagged CYLC1 and several other 

FLAG-tagged PT proteins, such as ACTRT1, ACTRT2, ACTL7A, CAPZA3, and 

CCIN,  were  further  revealed  by  co

immunoprecipitation  (co-IP)

  assays  in 

HEK293T cells 

(

Figure 3A and Figure 3

—figure supplement 1

). The ACTL7A-

CYLC1  interaction  was  further  confirmed  by  endogenous  co-IP  assay  using 

mouse testis extracts (

Figure 3B

). Moreover, microscale thermophoresis (MST) 

analysis  indicated a  binding  affinity  between  GFP-labelled  CYLC1 and  purified 

ACTL7A in a dose-dependent manner  (

Figure  3C

). The assembly of  these PT 

proteins into a large protein complex suggests that they may play a coordinated 

role in acrosome attachment. The protein levels of PT proteins, such as ACTRT1, 

ACTRT2, ACTL7A, CCIN, CAPZA3, CAPZB, CYLC2, and PLC

ζ, were similar in 

the  sperm  sample  between  WT  mice  and 

Cylc1

-KO  mice,  indicating  that  the 

sperm  acrosome  detachment  in 

Cylc1

-KO  mice  may  not  be  due  to  altered  PT 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

 

protein  contents 

(

Figure  3A  and  Figure  3

—figure  supplement  2

).  Previous 

studies  have  indicated  that ACTRT1  interacts  with ACTL7A to form  sperm  PT-

specific  actin-related  proteins  (ARPs),  and  their  knockout/mutant  mice  show 

acrosome  detachment  (

Xin  et  al.,  2020;  Fan  et  al.,  2022

).  We  found  that  the 

endogenous interaction between ACTRT1 and ACTL7A was partially disrupted 

by the loss of cylicin-1 (

Figure 3D

), highlighting the assistant role of cylicin-1 on 

the ACTRT1-ACTL7A connection. 

Cylicin-1 connects with NE protein FAM209 and IAM protein SPACA1 

Given that PT-SAL is physically located between the NE and the IAM, cylicin-1 

proteins  may  interact  with  NE  and  IAM  proteins  to  anchor  the  developing 

acrosome  to  the  nucleus.  We  showed  that  Myc-tagged  CYLC1  was 

immunoprecipitated with the FLAG-tagged NE protein FAM209 in HEK293T cells 

(

Figure 3E

). The interaction between CYLC1 and FAM209 was further confirmed 

by endogenous co-IP using mouse testis extracts (

Figure 3F

) and MST analysis 

using GFP-FAM209 cell lysates and purified CYLC1 (

Figure 3G

). FAM209 is an 

interacting partner of DPY19L2, and loss of the PT-SAL association and abnormal 

acrosome  development  are  observed  in  its  knockout  mice  (

Castaneda  et  al., 

2021

). We further found that FLAG-tagged CYLC1 was immunoprecipitated with 

the  Myc-tagged  IAM  protein  SPACA1  in  HEK293T  cells  (

Figure  3H

).  The 

interaction between CYLC1 and SPACA1 was further confirmed by endogenous 

co-IP  using  mouse  testis  extracts  (

Figure  3I

)  and  a  dose-dependent  binding 

affinity between GFP-SPACA1 from cell lysates and recombinant CYLC1 by MST 

(

Figure 3J

). 

Spaca1

-deficient spermatids exhibit an attenuated association of the 

IAM with the NE (

Fujihara et al., 2012

). SPACA1 has also been shown to interact 

with  ACTL7A  to  anchor  the  developing  acrosome  to  the  PT-SAL  (

Chen  et  al., 

2021

).  Loss  of  cylicin-1  partially  disrupted  the  IAM  and  PT-SAL  connections 

because the interaction between SPACA1 and ACTL7A was weakened in 

Cylc1

-

KO mice, as revealed by an endogenous co-IP assay using mouse testis extracts 

(

Figure 3K

). 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

 

Identification  of 

CYLC1

  variants  in  infertile  patients  with  sperm  head 

deformities 

To explore the clinical relevance of cylicin-1 deficiency to human male infertility, 

we performed WES analysis in a large cohort of more than 500 infertile patients 

with sperm head deformities (

Figure 4A

). These patients were recruited from the 

Shanghai Ninth 

People’s Hospital of Shanghai Jiao Tong University and the First 

Affiliated Hospital of  Nanjing Medical University.  Intron mutations, synonymous 

mutations,  variants  with  allele  frequency  >1%  in  the  Genome  Aggregation 

Database (gnomAD, total population) (

Gudmundsson et al., 2022

)

, and “benign” 

or “likely benign” variants according to the American College of Medical Genetics 

and  Genomics  (ACMG)  (

Gonzales  et  al.,  2022

),  were  excluded.  Testis-

specifically or testis-predominantly expressed genes were retained. We identified 

some patients carrying homozygous or compound heterozygous mutations in six 

known sperm head deformity-associated genes, including 

DPY19L2

 (

Koscinski 

et al., 2021

), 

ZPBP1 

(

Yatsenko et al., 2012

), 

PICK1 

(

Liu et al., 2010

), 

ACTL7A 

(

Xin  et  al.,  2020

), 

ACTL9 

(

Dai  et  al.,  2021

),  and 

CCIN 

(

Zhang  et  al.,  2022a

(

Figure 4

—source data 1

). Intriguingly, 19 individuals were identified to harbor 

a variant of CYLC1 (GenBank: NM_021118.3): c.1377G>T/p.K459N (

Figure 4B

).

 

The variant was predicted to be deleterious through utilization of SIFT (

Ng et al., 

2003

), PolyPhen-2 (

Adzhubei et al., 2013

), and CADD (

Rentzsch et al., 2019

(

Table  1

).  Moreover,  the  amino  acid  residue  of  this  variant  was  conserved 

between humans and mice (

Figure 4C

).

 

Sperm acrosome detachment in men harbouring the CYLC1 variant 

The  rates  of  morphological  normality  of  sperm  decreased  to  zero  in  7  of  19 

patients harbouring CYLC1 variant, and the remaining affected individuals had a 

morphological normality rate of less than 4% (

Barratt et al., 2017

) (

Table 2

). The 

morphology of sperm heads and acrosomes in men harboring the CYLC1

 

variant 

was assessed with Papanicolaou staining (

Figure 5A

), immunofluorescence co-

staining (

Figure 5B

), and TEM analysis (

Figure 5C

). In the healthy control, the 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

10 

 

acrosome covered more than one-third of the anterior sperm head; in contrast, 

sperm  from  men  harbouring  CYLC1  variant  displayed  deformed  acrosomes 

(

Figure  5A

).  Costaining  of  PNA-FITC  and  cylicin-1  indicated  that  the  PT-PAR 

distribution of cylicin-1 was disrupted and the acrosomes were deformed in sperm 

from  patients  harbouring  CYLC1  variant  (

Figure  5B

).  TEM  analysis  clearly 

revealed  that  acrosomes  were  detached  in  sperm  from  patients  harbouring 

CYLC1 variant (

Figure 5C

). 

Cylc1

-mutant  mice  exhibit  male  subfertility  with  detached  acrosomes  of 

sperm 

We next generated 

Cylc1

-mutant mice that carried a single amino acid change 

equivalent  to  the  variant  in  human  CYLC1  using  CRISPR/Cas9  technology 

(

Figure 6A and B

). 

Cylc1

-mutant mice grew normally but were male subfertile. 

Of the 42 female mice mated with WT males, 35 were pregnant and gave rise to 

281 offspring. In contrast, of the 28 female mice mated with 

Cylc1

-mutant males, 

only  11  were  pregnant,  giving  rise  to  49  offspring  (

Figure  6C  and  D

). 

Cylc1

-

mutant mice and WT mice showed similar testis sizes and weights 

(

Figure 6

figure supplement 1

). 

Spermatogenesis and sperm production were generally 

norm

al,  a

s  indicated  by  hematoxylin-eosin  staining  of  the  testis  and  cauda 

epididymis from 

Cylc1

-mutant

 mice and WT mice (

Figure 6

—figure supplement 

1

)

. Further examination showe

d that the sperm count and total motility of 

Cylc1

-

mutant mice were similar to those

 indexes in WT mice 

(

Figure 6E and F

)

. Similar 

to 

Cylc1

-KO  mice, 

Cylc1

-mutant  mice  produced  sperm  with  abnormal  head 

morphologies

,  exhibiting  varying  degrees  of  ‘fan-shaped’  heads  (

Figure  6G

). 

Compared  with  the  closely  attached  acrosomes  in  WT  mice, 

spermatids  from 

Cylc1

-mutant

 mice exhibited varying degrees of acrosome detachment 

(

Figure 

6H

)

.  The  F-actin  bundles  of  spermatid  heads  in  WT  mice  possessed  typical 

fibrous textures, whereas spermatids of 

Cylc1

-mutant

 mice showed uneven, thin, 

or  ectopic  F-actin distribution 

(

Figure  6H

)

.  The  phenotype  of  sperm  acrosome 

detachment  in

 

Cylc1

-mutant

  mice  was  further  observed  by  TEM  technology 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

11 

 

(

Figure 6I

)

. TEM analysis of elongating spermatids wit

hin the tes

tis revealed an 

enlarged space area between the IAM and the NE in 

Cylc1

-mutant

 mice 

(

Figure 

6I

)

.  Hence, 

the  above  animal  evidence  suggests  that  this  CYLC

1  variant  is 

generally responsible for the patient phenotypes.

 

To explore the molecular mechanisms underlying the detached acrosomes in 

Cylc1

-mutant mice, we examined the interactions between cylicin-1 variant and 

its partners. Although this variant did

 not obviously affect the protein expression 

of cylicin-1 and its interactors, 

the endogenous interaction between cylicin-1 and 

ACTL7A was attenuated in 

testis lysates of 

Cylc1

-mutant

 mice 

(

Figure 6J

)

. T

he 

protein‒protein interaction of cylicin-1 and IAM protein SPACA1 in testis lysates 

was  also  weakened  in 

Cylc1

-mutant  mice  (

Figure  6K

).  Moreover,  mutation  of 

cylicin-1  affected  the  endogenous  interaction  between  ACTL7A  and  SPACA1 

(

Figure 6L

). These biochemistry experiments suggest that this variant is critical 

for cylicin-1 to form acrosome attachment protein complexes. 

CYLC1-associated male infertility could be rescued by ICSI treatment 

We  further  evaluated  whether  CYLC1-associated  male  infertility  could  be 

overcome  by  assisted  reproductive  technologies  (ART).  IVF  experiments  have 

indicated that 

the percentage of two-cell embryos using sperm of 

Cylc1

-KO mice 

was  significantly  decreased  compared  with  that  of  WT  mice. 

We  further 

conducted  intracytoplasmic  sperm  injection  (ICSI)  experiments  and  found  that 

two-cell embryos and blastocysts could be obtained upon ICSI using sperm from 

Cylc1

-KO male mice with a similar efficiency to that from WT male mice (

Table 

3

—source data 1

). Consistent  with the observations in mice, ART for patients 

carrying CYLC1 variant indicated that ICSI but not IVF could serve as a promising 

treatment (

Table 3

). For patients AAW228, AAG547, AAX199, BBB654, BBB841, 

AAT812, 3307, and 3256, IVF treatments all failed, whereas ICSI treatment (with 

or  without  assisted  oocyte  activation  (AOA)  generated  good-quality  embryos. 

Live birth and pregnancy was finally obtained from individuals AAW228, AAG547, 

AAT812,  3307,  and  3256.  ICSI  treatments  (with  or  without  AOA)  were  directly 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

12 

 

performed  using  sperm  of  individuals AAX765,  BBA344,  BBA396,  3086,  3165, 

3190, 3203, 3209, and 3010, and good quality embryos were obtained. Finally, 

live birth  was acquired for  individuals AAX765,  BBA344, BBA396, 3086,  3165, 

3190, 3203, and 3010 after embryo transplantation. 

Discussion 

In this study, we thoroughly reveal the physiological role of cylicin-1 and explore 

its clinical relevance to male infertility. Cylicin-1 is specifically  expressed at  the 

PT-SAL (between the IAM and the NE) in spermatids and is ultimately distributed 

to  the  PT-PAR  in  sperm. 

Cylc1

-KO  male  mice  are  severely  subfertile  with 

acrosome  detachment  and  aberrant  head  morphology.  By  recruiting  a  large 

cohort (>500 infertile men with  sperm head deformities), a 

CYLC1

 variant was 

identified in 19 individuals by WES. 

Cylc1

-mutant mice equivalent to the variant 

in  human 

CYLC1

  mimicked  the  phenomena  of  patients.  Our  experimental 

observations  indicate  that  cylicin-1  mediates the

 

acrosome-nucleus  connection 

across species, and importantly, 

CYLC1

 variants are linked to male in/subfertility. 

PT is a cytoskeletal element encapsulating the sperm nucleus. Compared with 

other  sperm  structures,  such  as  acrosome  and  axoneme-based  flagella,  our 

understanding  of  the  PT  is  very  limited.  Although  the  morphological  structures 

and protein compositions of PT are well studied, the physiological roles of sperm 

PT structure are still largely unknown. Our recent two studies using 

Ccin

-KO and 

Actrt1

-KO mice have explored two different physiological functions of sperm PT

protecting sperm nuclear structure and mediating acrosome-nuclear connection 

(

Zhang et al., 2022a; Zhang et al., 2033b

). Loss of calicin specifically causes 

‘surface  subsidence’  of  the  sperm  nucleus  at  the  nuclear  condensation  stage, 

and  sperm  from 

Ccin

-KO  mice  exhibit  DNA  damage  and  fertilization  failure 

(

Zhang et al., 2022a

). ACTRT1 forms a large ARP complex with ACTL7A and 

ACTL9 (

Zhang et al., 2022b

). 

Actrt1

-, 

Actl7a

-, and 

Actl9

-deficient mice all exhibit 

acrosome detachment and partial/total fertilization failure (

Xin et al., 2020; Dai 

et  al.,  2021;  Zhang  et  al.,  2022b

).  Studies  from 

Actrt1

-, 

Actl7a

-, 

Actl9

-,  and 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

13 

 

Cylc1

-deficient mice unequivocally demonstrate the essential role of PT structure 

in mediating acrosome-nucleus connections. 

Actrt1

-KO mice and

 Cylc1

-KO mice 

are severely subfertile rather than completely infertile, indicating that acrosome-

nucleus  connections  may  require  additive  or  synergistic  effects  of  several  PT 

proteins. 

In  spermatids,  the acrosome  is  tightly  bound  to the  PT-SAL  plate,  which  in 

turn  is  anchored  to  the  NE  of  the  elongating  spermatid  nucleus  (

Zhang  et  al., 

2022a

). The 

‘IAM-SAL-NE’ sandwich structure plays a central role in acrosome 

attachment, and perturbations in this structure are conceivably the major causes 

of  acrosome  detachment  from  the  sperm  nucleus.  The existing  evidence  is  as 

follows: (i) no close association of the IAM with the NE is formed in spermatids of 

Spaca1

-KO  mice  (

Fujihara  et  al.,  2012

);  (ii)  SPACA1  interacts  with  PT-SAL 

proteins (e.g., CCIN, ACTRT1, and ACTL7A) to anchor the acrosome to the PA-

SAL structure (

Xin et al., 2020; Zhang et al., 2022a; Zhang et al., 2022b

); and 

(iii)  PT-SAL  proteins  (e.g.,  CCIN  and  ACTRT1)  could  further  connect  with  NE 

proteins (e.g., DPY19L2, FAM209, PARP11 and SPATA46) (

Zhang et al., 2022a; 

Zhang et al., 2022b

). 

Cylicin-1  interacts  with  itself  and  other  PT  proteins  (e.g.,  CCIN,  ACTRT1, 

ACTRT2,  ACTL7A,  CAPZA3,  and  CAPZB)  to  form  a  PT-SAL  plate.  Cylicin-1 

homopolymer further connects the acrosome to the NE, likely by interacting with 

IAM proteins (e.g., SPACA1) and NE proteins (e.g., FAM209). Disruption of the 

‘IAM-SAL-NE’ sandwich  structure  is  suggested to be  the reason for  acrosome 

detachment  in 

Cylc1

-deficient  spermatids.  Deficiency  of  cylicin-1  also  partially 

affects  the  formation  or  stability  of  ACTRT1-ACTL7A  and  ACTL7A-SPACA1. 

However, the physiological organization of 

‘IAM-SAL-NE’ protein complexes and 

how the CYLC1 variant will affect this structure at the molecular or even atomic 

level have not been clear until now. 

Mutations in genes encoding PT proteins have been shown to be associated 

with  male  infertility  with  sperm  head  deformities.  Xin  et  al.  identified  a 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

14 

 

homozygous missense mutation of 

ACTL7A

 in two infertile brothers presenting 

sperm acrosomal ultrastructural defects and early embryonic arrest (

Xin et al., 

2020

). WES of 21 male individuals with fertilization failure identified homozygous 

pathogenic variants in 

ACTL9

 in three individuals, also showing sperm acrosome 

detachment (

Dai et al., 2021

). We report that three infertile men showing 

‘surface 

subsidence’  of  the  sperm  nucleus  carry  homozygous  pathogenic  mutations  in 

CCIN

, and the corresponding 

Ccin

-mutant mice mimic the phenotype in patients 

(

Fan et al., 2022

). 

Infertility is a very heterogeneous condition, with genetic causes involved in 

approximately  half  of  cases.  Taking  the  percentage  of  male  in/subfertile  may 

reach more than 20% of the population

 

into consideration (

Gnoth et al., 2005

), 

the contribution of multiple genetic factors and common variants to male infertility 

should not be omitted. It has been suggest that mouse modelling data are critical 

to determine the pathogenicity of point mutations (

Singh et al., 2015

). Our mutant 

mouse results further proved that the identified CYLC1 variant is harmful for male 

fertility.  Similar  to 

Cylc1

-KO  mice, 

Cylc1

-mutant  mice  showed  severe  male 

subfertility  with  sperm  acrosome/head  deformities.  While  our  study  was  under 

preparation, another laboratory in parallel reported similar findings that 

Cylc1

-KO 

mice showed sperm acrosome detachment and male subfertility as a reviewed 

preprint  in  eLife  (

Schneider  et  al.,  2023

).  This  report  and  our  current  study 

unequivocally  demonstrate  the  essential  role  of  cylicin-1  in  mediating  sperm 

acrosome-nucleus connections and mouse male fertility. Intriguingly, Schneider 

et  al. indicates that  deficiency of 

Cylc2

 (even in heterozygous  state) worsened 

the fertility of 

Cylc1

-KO mice (from severe subfertility to infertility). Extending to 

humans, we suggest that CYLC1 variants contribute to male infertility, especially 

when  combined  with  certain  variants  of  other  male  infertility-associated  genes. 

This notion may improve our multiperspective understanding of male in/subfertility, 

which is a very heterogeneous condition. 

After analysing the ART outcomes of the patients harbouring CYLC1 variant, 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

15 

 

we  suggest  that  ICSI  but  not  IVF  may  serve  as  a  promising  treatment  for 

in/subfertile  men  carrying 

CYLC1

  variants.  The  reduced  rate  of  acrosome 

reaction may be one of the underlying reasons. The outcomes of ICSI together 

with AOA treatment seem to be better than those of ICSI alone, because good-

quality embryos are obtained in the ICSI+AOA group but not in the ICSI group for 

patients AAW228 and AAX765. It is still not known whether a deficiency of cylicin-

1 in sperm affects oocyte activation in humans. 

Taken together, we provided solid animal and clinic evidence to indicate that 

cylicin-1  mediate  the  acrosome-nucleus  connection  of  sperm  and  suggest 

CYLC1

 variants as potential risk factors for human male fertility. 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

16 

 

Materials and Methods

 

Mice 

Animal experiments were approved by the Animal Care and Use Committee of 

the College of Life Sciences, Beijing Normal University (CLS-AWEC-B-2023-001). 

Wild-type  (WT)  C57BL/6J  mice  were  obtained  from  Charles  River  Laboratory 

Animal Technology (Beijing,  China). Exons  3~4 were selected as the knockout 

region to generate 

Cylc1

-KO mice and a G-to-T substitution at nucleotide position 

1407  in 

Cylc1

  was  created  by  CRISPR/Cas9  technology.  In  brief,  single-guide 

RNAs 

(gRNAs) 

and/or 

single-stranded oligonucleotides (ssODNs) 

were 

transcribed in vitro as described previously (

Zhang et al., 2022a

). Cas9 mRNA 

was  purchased  from TriLink  BioTechnologies  (CA,  USA).  Mouse  zygotes  were 

coinjected with an RNA mixture of Cas9 mRNA, sgRNAs, and/or ssODNs. The 

injected zygotes were transferred into pseudopregnant recipients to obtain the F0 

generation. A stable F1 generation was obtained by mating positive F0 generation 

mice with C57BL/6JGpt mice. The founder mice were crossed with WT C57BL/6 

mice  to  obtain  offspring.  Female 

Cylc1

+/-

  or 

Cylc1

+/mutant

  founder  mice  were 

crossed with WT males to generate 

Cylc1

-KO or 

Cylc1

-mutant mice, which were 

tested  by  genotyping  PCR  and/or  sequencing  of  tail  genomic  DNA  using  the 

Mouse  Tissue  Direct  PCR  Kit  (Tiangen  Biotech,  Beijing,  China).  Primers  for 

genotyping are provided in 

Figure 1

—source data 1

Clinical cohorts 

The  cohort  comprised  more  than  500  infertile  patients  with  sperm  head 

deformities  recruited  between  2015  and  2022  from  the  Reproductive  Medicine 

Center,  Shanghai  Ninth  People’s  Hospital  of  Shanghai  Jiao  Tong  University 

School of Medicine (Shanghai, China) and the Center for Clinical Reproductive 

Medicine,  The  First  Affiliated  Hospital  of  Nanjing  Medical  University  (Nanjing, 

China). The study regarding the cohorts was approved by the institutional review 

boards and signed informed consent was obtained from all subjects participating 

in the study (No.20181101). 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

17 

 

WES and bioinformatic analysis 

Genomic DNA was extracted from peripheral blood samples of patients using a 

QIAamp  DNA  Blood  Mini  Kit  (QIAGEN,  Germany).  The  exomes  of  the  subject 

were captured by Agilent SureSelect Human All Exon V6 Enrichment kits (Agilent, 

CA,  USA)  and  then  sequenced  on  a  NovaSeq  platform  (Illumina,  CA,  USA) 

according  to  the  manufacturer’s  instructions.  All  reads  were  mapped  to  the 

human  reference  genome  (UCSC  Genome  Browser  hg19)  using  Burrows‒

Wheeler Alignment (

Li et al., 2010

). Single nucleotide variants and indels were 

detected  by  Genome  Analysis  Toolkit  and  then  annotated  by  ANNOVAR 

(

McKenna  et  al.,  2010;  Wang  et  al.,  2010

).  Mutations  that  met  the  following 

criteria were excluded: i) intron mutations and synonymous mutations; ii) variants 

with allele frequency >1% in gnomAD (total population) (

Gudmundsson et al., 

2022

)

; iii) “benign” or “likely benign” variants according to the ACMG (

Gonzales 

et  al.,  2022

).  Testis-specifically  or  testis-predominantly  expressed  genes  were 

retained.  The  identified 

CYLC1

  variant  in  patients  were  verified  by  Sanger 

sequencing using the primers listed in 

Figure 4

—source data 2

Expression plasmids and transient transfection 

Mouse 

Cylc1

  cDNA  was  chemically  synthesized  by  GenScript  Biotech 

Corporation  (Suzhou,  China)  and  inserted  into  FLAG-  or  Myc-tagged  pCMV 

vectors (Beyotime, Shanghai, China). Full-length cDNA encoding CCIN, ACTRT1, 

ACTL7A, SPACA1, FAM209 and SPATA46 was amplified by PCR and cloned into 

FLAG- or Myc-tagged pCMV vectors as described in our previous studies (

Zhang 

et al., 2022a; Zhang et al., 2022b

). Primers for CAP

ZA3: 5’-GGTACCATGTCAC 

TCAGCGTCTTGAGTAGG-

3’ and 5’-TCTAGATATTATCCAGTTGCACAACACAC 

TTC-

3’.  HEK293T  line  was  obtained  from  ATCC  (American  Type  Culture 

Collection)  and  authenticated  using  STR  profiling  test  by  Shanghai  Biowing 

Applied  Biotechnology  Co.,  Ltd. HEK293T  cells  were  cultured at  37°C  in  a  5% 

CO

2

 

incubator with Dulbecco’s modified Eagle’s medium (Gibco, NY, USA) with 

10%  fetal  bovine  serum  (HyClone,  UT,  USA)  and  1%  penicillin‒streptomycin 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

18 

 

(Gibco).  Transient  transfection  of  HEK293T  cells  was  performed  using 

Lipofectamine 3000 transfection reagent (Invitrogen, Shanghai, China) following 

the manufacturer’s protocol. Cells were then harvested 48 h after transfection. 

Generation of anti-CYLC1 antisera 

The  N-terminal  of  mouse  CYLC1  was  cloned  into  the  pET-N-His-C-His  vector 

(Beyotime, Shanghai, China) and then transfected into the ER2566 E. coli strain 

(Weidi Biotechnology, Shanghai, China). CYLC1 protein expression was induced 

by 1 mM IPTG (Beyotime) at 24°C for 6 hours. After centrifugation, the bacterial 

pellet was resuspended in buffer 1 (50 mM Tris-HCl pH 8.0, 200 mM NaCl), and 

the  proteins  were  released  by  sonication.  After  centrifugation,  anti-His  beads 

(Beyotime)  were  added  to  the  supernatant  and  incubated  for  2  hours.  After 

washing  five  times  with  buffer  1,  CYLC1-N  protein  was  eluted  with  250  mM 

imidazole  (Beyotime).  The  protein  was  concentrated  by  centrifugation  with 

ultrafiltration  centrifuge  tube  (Millipore,  Shanghai,  China).

 

One  hundred 

micrograms of CYLC1-N protein was emulsified at a 1:1 ratio (v/v

) with Freund’s 

complete  adjuvant  (Beyotime)  and  administered  subcutaneously  into  New 

Zealand white rabbits (Charles River) at multiple points. For the subsequent three 

immunizations, 50 μg CYLC1-N protein was emulsified with incomplete Freund’s 

adjuvant  (Beyotime)  at  an  interval  of  2  weeks.  One  week  after  the  last 

immunization, blood was collected, and the serum was separated.

 

Mouse fertility testing 

To confirm the fertility of male

 

mice, natural mating tests were conducted. Briefly, 

three 

Cylc1

-KO  (or 

Cylc1

-mutant)  and  three  littermate  control  sexually  mature 

male mice  (8-12  weeks  old)  were  paired  with  two 8-  to 10-week-old  C57BL/6J 

females (each male was mated with two female mice) for more than 2 months. 

The vaginal plugs of the mice were examined every morning. Then, the female 

mice  with vaginal plugs were separately fed, and the number of  pups per litter 

was recorded. 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

19 

 

Semen characteristics analysis 

Semen samples of human subjects were collected through masturbation after 2

7 days of sexual abstinence and analysed in the source laboratories as part of 

the routine biological examination according to the 5th World Health Organization 

(WHO)  guidelines.  For  mouse  models,  the  backflushing  method  was  used  to 

retrieve  sperm  cells  from  the  cauda  epididymis  (

Baker  et  al.,  2014

).  Sperm 

counts were determined using a fertility counting chamber (Makler, Haifa, Israel) 

under a light microscope, and sperm mobility was assessed via the application of 

a computer-assisted sperm analysis (CASA) system. Sperm were collected from 

the  cauda  epididymis  and  washed  three  times  in  PBS  buffer.  The  sperm 

suspension was mounted on a glass slide, air-dried, and fixed with 4% PFA for 

10 min at room temperature. The slides were stained with Papanicolaou solution 

(Solarbio, Beijing, China) and observed using a DM500 optical microscope (Leica, 

Germany). 

Cell staining 

Spermatogenic cells were isolated from adult mouse testes by digestion with 1 

mg/ml  collagenase  IV,  1  mg/ml  hyaluronidase,  1  mg/ml  trypsin  and  0.5  mg/ml 

DNase  I  (Solarbio)  for  20  min  on  a  shaker.  A  cell  suspension  containing 

spermatids was mounted on a glass slide, air-dried, and fixed with 4% PFA for 

10 min at room temperature. After permeabilization with 1% Triton X-100 for 30 

min, the slides of sperm and spermatids were blocked with 5% goat serum for 45 

min.  Anti-cylicin-1  antibody  was  added  to  the  slide  and  incubated  overnight  at 

4°C. After washing three times with PBS, slides were incubated with Alexa Fluor 

484 labelled donkey anti-rabbit IgG for 1 h at room temperature. For the staining 

of the acrosome, PT-SAL and manchette, PNA-FITC dye, Actin-Tracker Red-555 

dye  and  Tubulin-Tracker  Red  dye  were  used.  The  nuclei  were  counterstained 

with DAPI dye. 

Transmission electron microscope 

Precipitation of mouse sperm and testis tissues (

1 mm

3

) were fixed with 2.5% 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

20 

 

(vol/vol) glutaraldehyde in 0.1 M phosphate buffer (PB) (pH 7.4) for 24 h at 4°C. 

As  a  previous  protocol  (

Zhang  et  al.,  2022a

),  the  samples  were  washed  four 

times in PB and first immersed in 1% (wt/vol) OsO4 and 1.5% (wt/vol) potassium 

ferricyanide  aqueous solution at  4°C for  2 h.  After  washing,  the  samples  were 

dehydrated through graded alcohol into pure acetone. Samples were infiltrated in 

a  graded  mixture  (3:1,  1:1,  1:3)  of  acetone  and  SPI-PON812  resin  (21  ml 

SPOPON812,  13  ml  DDSA  and  11  ml  NMA),  and  then  the  pure  resin  was 

changed.  The  specimens  were  embedded  in  pure  resin  with  1.5%  BDMA, 

polymerized for 12 h at 45°C and 48 h at 60°C, cut into ultrathin sections (70 nm 

thick),  and  then  stained  with  uranyl  acetate  and  lead  citrate  for  subsequent 

observation  and  photography  with  a  Tecnai  G2  Spirit  120  kV  (FEI)  electron 

microscope.  All  reagents  were  purchased  from  Zhongjingkeyi  Technology 

(Beijing, China). 

Scanning electron microscope 

Mouse sperm from the cauda epididymis were fixed in 2.5% phosphate-buffered 

glutaraldehyde  (GA)  (Zhongjingkeyi  Technology,  Beijing,  China)  at  room 

temperature  for  30  min  and  then  deposited  on  coverslips.  As  described  in  a 

previous protocol (

Zhang et al., 2022a

),

 

the coverslips were dehydrated via an 

ascending  gradient  of  50%,  70%,  95%,  and  100%  ethanol  and  air-dried. 

Specimens  were  then  attached  to  specimen  holders  and  coated  with  gold 

particles  using  an  ion  sputter  coater  before  being  viewed  with  a  JSM-IT300 

scanning electron microscope (JEOL, Tokyo, Japan).

 

In vitro fertilization 

As described in a previous protocol (

Zhang et al., 2022a

), six-week-old C57BL/6J 

female  mice  were  superovulated  by  injecting  5

 

IU  (0.1  ml)  of  pregnant  mare 

serum  gonadotropin  (PMSG),  followed  by  5  IU  (0.1  ml)  of  human  chorionic

 

gonadotropin  (hCG)  48  h  later.  The

 

sperm  were  released  from  the  cauda 

epididymis of 10-week-old male mice,

 

and sperm capacitation was performed for 

50 min using TYH solution. Cumulus-oocyte complexes

 

(COCs) were obtained 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

21 

 

from the ampulla of the uterine tube at 14 h after

 

hCG injection. The ampulla was 

torn with a syringe needle, and the COCs

 

were gently squeezed onto liquid drops 

of  HTF  medium.  COCs  were

 

then  incubated  with  5-

10  μl  sperm  suspension 

(sperm concentration:

 

1

5×10

6

) in HTF liquid drops at 37°C under 5% CO2. After 

6  h,  the  eggs

 

were  washed  several  times  using  HTF  medium  to  remove  the 

cumulus  cells

 

and  then  transferred  to  liquid  drops  of  KSOM  medium.  Two-cell 

embryos were counted at 24 h postfertilization. All lipid drops were covered with 

mineral oil and equilibrated overnight at 37°C under 5% CO

2

. All reagents were 

purchased from Aibei Biotechnology (Nanjing, China).

 

Intracytoplasmic sperm injection 

One-month-old C57BL/6J female mice were superovulated by administration of 

10 IU PMSG combined with 10 IU hCG (48 hours later). Oocytes were obtained 

from the ampulla of the uterine tube at 14 hours after hCG injection. Mouse sperm 

heads were separated from sperm tails and injected into mouse oocytes using a 

Piezo-driven  pipette  (PrimeTech,  Osaka,  Japan).  The  injected  oocytes  were 

cultured in KSOM medium at 37°C under 5% CO

2

. All reagents were purchased 

from Nanjing Aibei Biotechnology.

 

Acrosome reaction 

Sperm were collected from the cauda epididymis and capacitated for 50 min in 

TYH medium at 37°C under 5% CO

2

. Highly motile sperm were collected from 

the upper portion of the medium, and 10 μM calcium ionophore A23187 (Sigma, 

Germany) was added to induce the acrosome reaction. After 15 min, sperm were 

spotted on a glass  microscope slide,  dried, and fixed with 4% PFA for 10 min. 

Acrosomes were stained with PNA-FITC dye, and nuclei were labelled with DAPI.

 

Coimmunoprecipitation 

As  described  in  a  previous  protocol  (

Zhang  et  al.,  2022a

),  48  hours  after 

transfection,  HEK293T  cells  were  lysed  with  Pierce™ IP  Lysis  Buffer  (Thermo 

Fisher,  87787)  with  protease  inhibitor  cocktail  for  30  min  at  4°C  and  then 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

22 

 

centrifuged at 12,000 × g for 10 min. Pierce IP Lysis Buffer was composed of 25 

mM Tris-HCl pH 7.4, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1% NP-40 and 5% glycerol. To 

prepare  input  samples,  protein  lysates  were  collected  and  boiled  for  5  min  in 

1.2×SDS loading buffer. The lysates were precleared with 10 μl Pierce™ Protein 

A/G-conjugated Agarose (Thermo Fisher) for 1 h at 4°C. Precleared lysates were 

incubated overnight with 2 μg anti-Myc antibody or anti-FLAG antibody at 4°C. 

The  lysates  were  then  incubated  with  20  μl  Pierce™  Protein  A/G-conjugated 

Agarose for 2 h at 4°C. The agarose beads were washed four times with Pierce™ 

IP Lysis Buffer and boiled for 5 min in SDS loading buffer. Input and IP samples 

were analysed by western blotting using anti-FLAG or anti-Myc antibodies. For 

endogenous co-

IP, adult mouse testis tissues were lysed with Pierce™ IP Lysis 

Buffer. Precleared lysates were separated into two groups: one group was treated 

with 

2 μg anti-ACTL7A antibody, anti-FAM209 antibody, or anti-SPACA1 antibody, 

and  another  group  (negative  control)  was  treated  with  2  μg  rabbit  IgG.  Other 

endogenous co-IP procedures were similar to the co-IP assay in HEK293T cells. 

Antibodies used in this study were listed in 

Figure 3

—source data 1

.

 

Microscale thermophoresis (MST) 

The procedure of prokaryotic expression and purification of CYL

C1 is described 

in  the  paragraph  ‘generation  of  anti-CYLC1  antisera’.  MST  experiments  were 

conducted on a Monolith NT.115 system (NanoTemper Technologies, Germany). 

GFP-labelled

 ACTL7A, SPACA1, or FAM209 was transfected into HEK293T cells 

and whole proteins were extracted and then added to 16 PCR tubes (10 μl per 

tube). The purified ligand CYLC1 was diluted using MST buffer (50 mM Tris-HCl 

pH 7.5, 150 mM NaCl, 10 mM MgCl

2

, 0.05% (v/v) Tween 20) into 16 gradients. 

Ten microliter

s of different concentrations of ligand CYLC1 were mixed with 10 

μl  of 

GFP-

ACTL7A, 

GFP-

SPAC

A1,  and 

GFP-

FAM209  cell  lysates  and  reacted  in  a 

dark box at room temperature for 30 min. The samples were added to monolith 

capillaries (NanoTemper) and subsequently subjected to MST analysis.

 

Western blotting 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

23 

 

As  described  in  a  previous  protocol  (

Zhang  et  al.,  2022a

),

 

proteins  from 

HEK293T cells were extracted using RIPA lysis buffer (Applygen, Beijing, China) 

containing 1 mM phenylmethylsulfonyl fluoride and protease inhibitors on ice. For 

sperm samples, 1% SDS was added to RIPA lysis buffer. The supernatants were 

collected  following  centrifugation  at  12,000  ×  g  for  20  min.  Proteins  were 

electrophoresed  in  10%  SDS‒PAGE  gels  and  transferred  to  nitrocellulose 

membranes (GE Healthcare). The blots were blocked in 5% milk and incubated 

with primary antibodies overnight at 4°C, followed by incubation with anti-rabbit 

or anti-mouse IgG H&L (HRP) (Abmart) at a 1/10,000 dilution for 1 h. The signals 

were evaluated using Super ECL Plus Western Blotting Substrate (Applygen) and 

a  Tanon5200  Multi  chemiluminescence  imaging  system  (Tanon,  Shanghai, 

China). Antibodies used in this study were listed in 

Figure 3

—source data 1

.

 

Statistical analysis 

The  data  are  presented  as  the  mean±SEM  and  compared  for  statistical 

significance using GraphPad Prism version 5.01 (GraphPad Software). Unpaired, 

two-

tailed  Student’s 

t

  test  was  used  for  the  statistical  analyses.  Statistically 

significant differences are represented as *

p

<0.05, **

p

<0.01 and ***

p

<0.001.

 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

24 

 

Acknowledgements 

We acknowledge Xi-Xia Li and Shuang-Zhong Lv from the Center for Biological 

Imaging  (CBI),  Institute  of  Biophysics,  Chinese  Academy  of  Sciences  for  their 

help in making TEM samples.

   

Additional information 

Funding 

Funder 

Grant number 

Author 

National Natural Science 

Foundation of China   

32370905 

Su-Ren Chen

 

81901531 

Yong Fan 

81971374 

Xiao-Yu Yang 

81871163 

Qi-Feng Lyu 

82171685 

Ling Wu 

82271732 

Yan-Ping Kuang 

81971448 

Bin Li 

National Key Research and 

Development Project 

2019YFA0802101 

Su-Ren Chen 

2022YFC2702702 

Ming-Xi Liu 

Open Fund of Key Laboratory of 

Cell Proliferation and Regulation 

Biology, Ministry of Education 

None 

Su-Ren Chen 

Fund for Excellent Young 

Scholars of Shanghai Ninth 

People’s Hospital, Shanghai Jiao 

Tong University School of 

Medicine 

JYYQ004 

Yong Fan 

Natural Science Foundation of 

Jiangsu Province 

BK20230004 

Ming-Xi Liu 

The funders had no role in study design, data collection and interpretation, 

or the decision to submit the work for publication. 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

25 

 

Author ORCIDs 

Su-Ren Chen, https://orcid.org/0000-0002-9337-5412 

Ming-Xi Liu, https://orcid.org/0000-0001-6499-7899 

Data availability 

All data generated or analysed during this study are included in the manuscript 

and supporting files.  Information of primers, sequences, antibodies,  uncropped 

gels and blots are available at corresponding source data files.  

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

26 

 

Table  1

.  19  individuals  carrying  a 

CYLC1

  variant  identified  from  >500 

infertile men with sperm head deformities

.

 

 

Variant 

cDNA alternation 

c.1377G>T 

Protein alteration 

p.K459N 

Patient(s) 

AAG547; BBB654; BBB841; AAX199; AAX765; BBA344; BBB396; 

AAW228; AAT812; 3086; 3165; 3172; 3190; 3203; 3209; 3307; 

3256; 3010; 2431 

 

Allele frequency in human population 

gnomAD genome 

0.001386 

 

Functional prediction

 

SIFT 

deleterious 

PolyPhen-2 

damaging 

CADD 

15.18 

 

Conservation between mouse and human 

 

Yes 

NCBI reference sequence number of 

CYLC1

 is GenBank: NM_021118.3.   

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

27 

 

Table 2

Semen characteristics of individuals harbouring the 

CYLC1

 variant

.

 

Individuals 

Infertile for 

Semen Characteristics

 

Volume (ml) 

Concentration 

(10

6

/ml) 

Motility sperm 

(%) 

Progressive 

motility (%) 

Morphological 

normality (%)   

AAG547 

5 y 

1.8 

50.2 

49.2% 

43.1% 

3% 

BBB654 

3 y 

2.7 

50.4 

54.9% 

51% 

0% 

BBB841 

5 y 

52.3 

81.1% 

62.3% 

1~2% 

AAX199 

3 y+ 

2.7 

55 

55.2% 

40.8% 

2% 

AAX765 

5 y 

3.2 

4.4 

35.9% 

19.2% 

0% 

BBA344 

3 y 

<2 

41.9% 

36.5% 

1% 

BBB396 

6 y 

1.6 

12.8 

30.8% 

23.1% 

0% 

AAW228 

5 y 

3.9 

7.31 

71.6% 

39.4% 

3% 

AAT812 

2 y 

58.7 

21.8% 

7.6% 

3.6% 

3086 

1 y 

0.9 

30.8% 

23.1% 

0% 

3165 

1 y 

1.2 

58 

0% 

0% 

0% 

3172 

2 y 

151.5 

14.1% 

9.6% 

1% 

3190 

2 y 

22.6 

29.5% 

26.2% 

0% 

3203 

4 y 

1.2 

24.1 

8.9% 

6.2% 

1% 

3209 

5 y 

6.4 

10.6 

14.2% 

4.1% 

0% 

3307 

6 y 

59.9 

77.6% 

57.1% 

4% 

3256 

1 y 

1.4 

66.6 

67.5% 

53% 

3% 

3010 

2 y 

3.4 

54.4 

13% 

10.2% 

1% 

Reference values

 

>1.5 

>15

 

>40%

 

>32%

 

>4%

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

28 

 

Table 3

. Clinical outcomes of ART using sperm from men harbouring the 

CYLC1

 variant

.

 

  -, not applicable; N/A, not available; P, pregnant

Individual 

IVF/ICSI 

Cycles 

IVF 

 

ICSI 

 

ICSI+AOA 

Transfer 

cycles 

(embryos) 

Live 

birth 

Fertilization 

rate

 

Good quality 

embryo rate

 

 

Fertilization 

rate

 

Good quality 

embryo rate

 

 

Fertilization 

rate

 

Good quality 

embryo rate

 

AAW228 

0% (0/10) 

 

30% (3/10) 

0% (0/3) 

 

91.3% (21/23)  66.7% (14/21) 

2 (4) 

AAG547 

10.5% (2/19) 

50% (1/2) 

 

78.9% (15/19) 

46.7 (7/15) 

 

N/A 

N/A 

3 (6) 

AAX199 

0% (0/2) 

 

83.3% (5/6) 

100% (5/5) 

 

100% (4/4) 

100% (4/4) 

5 (8) 

BBB654 

0% (0/14) 

 

88.9% (8/9) 

100% (8/8) 

 

N/A 

N/A 

2 (4) 

BBB841 

0% (0/5) 

 

50% (3/6) 

100% (3/3) 

 

75% (3/4) 

100% (3/3) 

2 (3) 

AAT812 

35.7% (5/14) 

0% (0/5) 

 

80% (8/10) 

50% (4/8) 

 

80% (4/5) 

75% (3/4) 

2 (4) 

3307 

0% (1/13) 

 

100% (8/8) 

37.5% (3/8) 

 

N/A 

N/A 

1 (1) 

3256 

0% (0/3) 

 

100% (5/5) 

60% (3/5) 

 

N/A 

N/A 

1 (1) 

3172 

33.3% (1/3) 

0% (0/1) 

 

N/A 

N/A 

 

N/A 

N/A 

1 (1) 

AAX765 

N/A 

N/A 

 

72.7% (8/11) 

0% (0/8) 

 

100% (6/6) 

50% (3/6) 

2 (3) 

BBA344 

N/A 

N/A 

 

N/A 

N/A 

 

94.1% (16/17) 

37.5% (6/16) 

2 (3) 

BBA396 

N/A 

N/A 

 

100% (1/1) 

100% (1/1) 

 

75% (3/4) 

100% (3/3) 

1 (2) 

3086 

N/A 

N/A 

 

100% (12/12) 

66.7% (8/12) 

 

N/A 

N/A 

2 (2) 

3165 

N/A 

N/A 

 

66.7% (4/6) 

75% (3/4) 

 

N/A 

N/A 

1 (2) 

3190 

N/A 

N/A 

 

93.7% (15/16) 

33.3% (5/15) 

 

N/A 

N/A 

1 (1) 

3203 

N/A 

N/A 

 

83.3% (5/6) 

60% (3/5) 

 

N/A 

N/A 

1 (1) 

3209 

N/A 

N/A 

 

71.4% (5/7) 

20% (1/5) 

 

N/A 

N/A 

2 (2) 

3010 

N/A 

N/A 

 

70% (7/10) 

57.1% (4/7) 

 

N/A 

N/A 

1 (2) 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

29 

 

Figure legend

 

Figure 1. 

Severe male subfertility with sperm head deformity in 

Cylc1

-KO mice.

 

(

A

)

 

According 

to 

the 

Expression 

Atlas 

database 

(https://www.ebi.ac.uk/gxa/home),  cylicin-1  was  specifically  expressed  in  the 

testis. Within the testis, cylicin-1 was restricted to the population of early and 

late spermatids.

 

(

B

) Costaining of cylicin-1 and PNA-FITC (an acrosome dye) 

in mouse round and elongating spermatids (left). Scale bars, 2 μm. Costaining 

of  cylicin-1  and  acetylated-tubulin  (a  flagella  marker)  in  mouse  and  human 

sperm (right). Scale bars, 5 μm. Nuclei were counterstained with DAPI. SAL, 

subacrosomal layer; PAR, postacrosomal region.

 

(

C

) Schematic illustration of 

the  targeting  strategy  used  to  generate 

Cylc1

-KO  mice.  DNA  extracted  from 

mouse tails was used for PCR genotyping.

 

Knockout efficiency was determined 

by  Western  blottin

g  using  testis  protein  lysates.  β-actin  served  as  a  loading 

control.

 

(

D

) Adult 

Cylc1

-KO male mice and their littermate WT mice (

n

=3 each 

group) were continuously coupled with WT female mice at a ratio of 1:2 for 2 

months. Data are represented as the mean ± 

SEM, Student’s 

t

 test, ***

p

<0.001.

 

(

E

) Sperm counts were determined using a fertility counting chamber under a 

light microscope, and total motility was assessed via computer assisted semen 

analysis (CASA). Data are represented as the mean ± SEM (

n

=6 each group), 

Student’s 

t

 test, ns, not significant.

 

(

F

) Light microscopy analysis of sperm from 

WT  mice  and 

Cylc1

-KO  mice  (

n

=3  each)  with  Papanicolaou  staining.  The 

dashed curve indicates the streamline surface at the dorsal side of sperm heads 

of WT mice. The  dashed broken lines point  to the corner curve at  the dorsal 

side of sperm heads of 

Cylc1

-KO mice. Scale bars, 5 µm.

 

(

G

)

 

Scanning electron 

microscopy (SEM) images of sperm from WT mice and 

Cylc1

-KO

 

mice. Scale 

bars, 1 µm.

 

Figure  2. 

Acrosome  detachment  in  the  spermatids  and  sperm  of 

Cylc1

-KO 

mice. (

A

)

 

Visualization of the acrosome (Acr) in spermatids of WT and 

Cylc1

-

KO  mice  using  the  fluorescent  dye  PNA-FITC.  The  nuclei  (Nu)  were 

counterstained with DAPI dye. Asterisks indicate detached acrosomes. Scale 

bars, 2 µm.

 

(

B

) Percentage of spermatids with detached Acr in WT and 

Cylc1

-

KO mice.

 

(

C

) Subacrosomal layer of perinuclear theca

 

(PT-SAL) actin bundles 

in spermatids of WT and 

Cylc1

-KO mice were visible by an F-actin-Tracker Red 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

30 

 

dye. The asterisk indicates the detachment of Apx from Nu. Scale bars, 2 µm.

 

(

D

) Percentage of spermatids with abnormal Apx structure in WT and 

Cylc1

-KO 

mice. In B and D, 100 spermatids in each group (

n

=3) were counted. Data are 

represented as the mean ± SEM, Student’s 

t

 test, ***

p

<0.001.

 

(

E

) Transmission 

electron microscopy (TEM) analysis showing detachment of Acr from Nu in the 

sperm  of 

Cylc1

-KO  mice.  The  asterisk  indicates  the  enlarged  space  area 

between  the Acr  and Nu.  Scale  bars,  200  nm.

 

(

F

)

 

Percentage of sperm  with 

detached  Acr  in  WT  and 

Cylc1

-KO  mice  as  revealed  by  TEM.  Twenty-five 

sperm  in  each  group  (

n

=3)  were  counted.

 

(

G

)  TEM  analysis  of  testis  tissues 

revealing detachment of the developing Acr from Nu in spermatids of 

Cylc1

-KO 

mice. The asterisk indicates the enlarged space area between the Acr and Nu. 

Scale bars, 200 nm.

 

(

H

) Apx thickness in the sperm of WT mice and 

Cylc1

-KO 

mice. The thickness of the Apx was measured by distance meter software of a 

Tecnai  G2  Spirit  electron  microscope  in  TEM  images  at  a  magnification  of 

30,000×. Five spermatids were measured in each group (

n

=3). Data in f and h 

are  represented  as  the  mean  ±  SEM,  Student’s 

t

  test,  ***

p

<0.001.

 

(

I

Spontaneously underwent and A23187-induced acrosome reaction (AR). PNA-

FITC dye was used to label acrosomes, and the sperm nuclei were stained with 

DAPI.  One  hundred  sperm  in  each  group  (

n

=3)  were  counted.  Data  are 

represented as the mean ± SEM, Student’s 

t

 test, ns, not significant; ***

p

<0.001.

 

(

J

)  An  in  vitro  fertilization  assay  was  performed  using  sperm  from 

Cylc1

-KO 

mice and WT mice (

n

=3 for each group). The percentage of two-cell embryos 

was  calculated  at  24 h  postfertilization.  Data  are  represented as  the mean ± 

SEM, Student’s 

t

 test, ***

p

<0.001.

 

Figure 3. 

Roles of cylicin-1 in the formation of NE-SAL-IAM protein complexes. 

(

A

)  Myc-tagged  CYLC1  was  transfected  into  HEK293T  cells  with  or  without 

FLAG-tagged  ACTL7A.  Protein  lysates  were  immunoprecipitated  with  anti-

FLAG antibody and then detected with anti-

Myc antibody by SDS‒PAGE. (

B

Mouse  testis  lysates  were  immunoprecipitated  with  anti-ACTL7A  antibody  or 

rabbit IgG and then detected with anti-CYLC1 antibody. (

C

) The binding affinity 

between  different  concentrations  of  purified  CYLC1  and  GFP-ACTL7A  cell 

lysates was measured by microscale thermophoresis (MST). (

D

) Testis protein 

lysates  from  WT  and 

Cylc1

-KO  mice  were  immunoprecipitated  with  anti-

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

31 

 

ACTL7A  antibody  and  then  detected  with  anti-ACTRT1  antibody.  (

E

)  Myc-

tagged  CYLC1  was  immunoprecipitated  with  FLAG-tagged  FAM209  in 

HEK293T 

cell 

extracts. 

(

F

Mouse 

testis 

protein 

lysates 

were 

immunoprecipitated with anti-FAM209 antibody or rabbit IgG and then detected 

with anti-CYLC1 antibody. (

G

) The binding affinity between purified CYLC1 and 

GFP-FAM209  cell  lysates  was  revealed  by  an  MST  assay.  (

H

)  Myc-tagged 

SPACA1 was immunoprecipitated with FLAG-tagged CYLC1 in HEK293T cell 

extracts.  (

I

)  Mouse  testis  protein  lysates  were  immunoprecipitated  with  anti-

SPACA1 antibody or rabbit IgG and then detected with anti-CYLC1 antibody. 

(

J

) Binding between GFP-SPACA1 from HEK293T cell lysates and recombinant 

CYLC1.  (

K

)  Testis  protein  lysates  from  WT  mice  or 

Cylc1

-KO  mice  were 

incubated  with  anti-ACTL7A  antibody  and  then  detected  with  anti-SPACA1 

antibody. 

Figure 4.

 

Identification of a 

CYLC1 

variant in a large cohort of Chinese infertile 

men with sperm head deformities. (

A

)

 

More than 500 patients with sperm head 

deformities were recruited for WES and subsequent bioinformatic analysis. 19 

individuals  harboured  a  variant  of  CYLC1.

 

(

B

)  Sanger  sequencing  of  the  19 

individuals who were affected by the c.1377G>T/p.K459N variant in the 

CYLC1

 

gene. Sanger sequencing of the wild-type (WT) allele in healthy controls is also 

shown.

 

(

C

)  This  variant  was  located  at  the  fourth  exon  of  the 

CYLC1

  gene. 

Conservation analysis was performed by Basic Local Alignment  Search Tool 

(BLAST).  The  NCBI  protein  ID  for  CYLC1:  NP_066941.1  (Human), 

XP_001102833.1  (Macaca  mulatta),  XP_016799824.1  (Pan  troglodytes), 

NP_776727.1 (Bovin), XP_023489864.1 (Horse), NP_080410.3 (Mouse), and 

XP_006229368.1  (Rat).  The  pathogenicity  of  variants  was  analysed  by 

Polyphen2 and SIFT.

 

Figure  5.

 

Sperm  morphology  and  ultrastructure  analyses  for  patients 

harbouring the 

CYLC1

 variant. (

A

)

 

Papanicolaou staining of sperm from a fertile 

individual and three patients (AAW228, AAX765 and AAG547) harbouring the 

CYLC1 variant. Sperm from patients exhibited deformed heads. Scale bars, 10 

µm.

 

(

B

)

 

Sperm were costained with anti-cylicin-1 antibody and PNA-FITC (an 

acrosome  dye).  In  control  sperm,  Cylicin-1  was  specifically  localized  to  the 

postacrosomal region (PAR) and PNA-FITC-labelled acrosomes covering the 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

32 

 

anterior  of  heads.  Both  cylicin-1  distribution  and  acrosome  structure  were 

altered in the sperm of three patients. Scale bars, 2 µm.

 

(

C

) TEM analysis of 

sperm from a normal control and three patients. Detached acrosomes of sperm 

were  frequently  observed  in  patient  samples.  The  asterisk  indicates  the 

enlarged space area between the acrosome and the nucleus (Nu). Scale bars, 

200 nm.

 

Figure  6. 

Cylc1

-mutant  mice  show  male  subfertility  with  sperm  acrosome 

detachment. (

A

)

 

Mice carrying an SNV (c.1407G>T/p.K469N) in the 

Cylc1

 gene 

equivalent to that in nine patients harboring the CYLC1 variant were generated 

using CRISPR/Cas9 technology.

 

(

B

) Sanger sequencing of the 

Cylc1

 gene in 

WT mice and 

Cylc1

-mutant mice. (

C

 and 

D

) Adult 

Cylc1

-mutant male mice and 

their littermate controls (

n

=3 each group) were continuously coupled with WT 

female mice at a ratio of 1:2 for 2 months.

 

(

E

) Sperm count (10

6

/ml) of 

Cylc1

-

mutant mice and WT mice.

 

(

F

) Total sperm motility (%) of 

Cylc1

-mutant mice 

and WT mice. In c-

f, data are all represented as the mean ± SEM, Student’s 

t

 

test, **

p

<0.01; ns, not significant.

 

(

G

) Sperm morphology of 

Cylc1

-mutant mice 

and  WT  mice.  Scale  bars,  5  µm.

 

(

H

)  Visualization  of  the  acrosome  (Acr)  in 

spermatids using the fluorescent dye PNA-FITC (above). Subacrosomal layer 

(SAL)  bundles  of  spermatids  were  visible  by  F-actin-Tracker  Red  staining 

(below). The asterisk indicates the enlarged space area between the acrosome 

and the nucleus.

 

Scale bars, 2 µm.

 

(

I

) TEM analysis showing detachment of the 

acrosome from the sperm nucleus in 

Cylc1

-mutant mice (above). TEM analysis 

of testis tissues revealing the detachment of the developing acrosome from the 

nucleus in spermatids of 

Cylc1

-mutant mice (below). The asterisk indicates the 

enlarged space area between the acrosome and the nucleus. Scale bars, 200 

nm.

 

(

J

)  Testis  protein  lysates  from  WT  mice  and 

Cylc1

-mutant  mice  were 

immunoprecipitated with anti-ACTL7A antibody or rabbit IgG and then detected 

with anti-cylicin-1 antibody.

 

(

K

) Testis protein lysates were immunoprecipitated 

with anti-SPACA1 antibody or rabbit IgG and then detected with anti-cylicin-1 

antibody.

 

(

L

) Testis protein lysates were immunoprecipitated with anti-ACTL7A 

antibody or rabbit IgG and then detected with anti-SPACA1 antibody. 

Figure  7. 

Schematic  diagram  showing  the  physiological  role  of  CYLC1  on 

acrosome attachment in humans and mice.

 

CYLC1

 variant is identified in a 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

33 

 

large cohort of >500 Chinese infertile men with sperm head deformities. Both 

Cylc1

-KO mice and 

Cylc1

-mutant mice exhibited severe male subfertility with 

spermatozoa  showing  detached acrosome  and  head  deformities. Cylicin-1  is 

specifically  expressed  at  the  acroplaxome  (Apx),  between  nuclear  envelope 

(NE) and inner acrosomal membrane (IAM), of spermatids. Cylicin-1 interacts 

itself and with other PT proteins (including CCIN, ACTRT1, ACTRT2, ACTL7A, 

and  CAPZA3)  in  the  acroplaxome  layer  and mediates the  acrosome-nucleus 

connection  through  interacting  with  IAM  protein  SPACA1  and  NE  protein 

FAM209. 

Legends for the supplementary figures:

 

Figure 1

—figure supplement 1.

 Expression pattern of human 

CYLC1

 mRNA 

among  different  tissues  and  within  the  testis.

 

(

A

)  The  tissue  data  for  mRNA 

expression 

were 

obtained 

from 

the 

Expression 

Atlas 

database 

(https://www.ebi.ac.uk/gxa). Human 

CYLC1

 mRNA was specifically expressed 

in  testes.  (

B

)  According  to  the  Single  Cell  Expression  dataset 

(https://www.ebi.ac.uk/gxa/sc),  human 

CYLC1

  mRNA  was  restricted  to 

early/late spermatids within the testis. 

Figure 1

—figure supplement 2. 

Generation of cylicin-1 antiserum. Flow chart 

showing major steps to generate the cylicin-1 antiserum. First, the N-terminus 

of mouse CYLC1 was cloned into the pET-N-His-C-His vector and transfected 

into  the  ER2566  E.  coli  strain.  CYLC1-N  protein  expression  was  induced  by 

IPTG. Second, anti-His beads were added to the E.coli lysates. After incubation 

and  washing,  the  CYLC1-N  protein  was  eluted  with  imidazole.  Third, 

recombinant CYLC1-

N protein was emulsified with Freund’s complete adjuvant 

and  administered  subcutaneously  into  New  Zealand  white  rabbits  four  times 

with an interval of 2 weeks. Fourth, one week after the last immunization, blood 

was collected, and the serum was separated. Fifth, the cylicin-1 antiserum was 

verified  by  Western  blotting  and  immunofluorescence  staining.  Cylicin-1 

antiserum specifically recognized the cylicin-1 protein (~72 kDa) in the protein 

lysates  of  CYLC1-overexpressing  HEK293T  cells  and  testis  tissues. 

Immunofluorescence  staining  of  mouse  sperm  indicated  that  cylicin-1  was 

specifically localized to the postacrosomal region (PAR) of heads and that its 

expression was absent in the sperm of 

Cylc1

-

KO mice. Scale bar, 5 μm.

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

34 

 

Figure  1

—figure  supplement  3. 

Construction  report  of 

Cylc1

-KO  mice.  (

A

)

 

Wild-type  genomic  sequence  of  the  mouse 

Cylc1

  gene.  Two  gRNAs  are 

marked in blue, and exons are marked in red. The sequence between the two 

yellow  boxes  was  deleted.  (

B

)  Sanger  sequencing  confirmed that  a  3651  bp 

region containing exons 3 and 4 of the 

Cylc1

 gene was successfully deleted. 

Figure 1

—figure supplement 4. 

Analysis of the reproductive system of 

Cylc1

-

KO  male  mice.

 

(

A

)

 

There  was  no  obvious  difference  in  testis  size  or  weight 

between adult wild-type (WT) mice and 

Cylc1

-KO mice. Data are presented as 

the mean ± SEM (

n

=3 each

); Student’s 

t

 test; ns, no significance. t, testis; epi, 

epididymis.  (

B

)  Histological  morphology  of  testis  and  cauda  epididymis  from 

WT  mice  and 

Cylc1

-KO  mice  by  hematoxylin-eosin  (H&E)  staining.  SPC, 

spermatocytes;  RS,  round  spermatids;  ES,  elongating/elongated  spermatids. 

Scale bars, 

50 μm.

 

Figure  2

—figure  supplement  1. 

Normal  development  of  manchette  in 

spermatids of 

Cylc1

-KO mice.

 

(

A

) The manchette of spermatids from WT mice 

and 

Cylc1

-KO mice was observed by staining using Tubulin-Tracker Red dye. 

Nuclei  were  counterstained  with  DAPI.  Double-headed  arrows  indicate  the 

position  of  the  perinuclear  ring.  Scale  bars,  2  µm.  (

B

)  Transmission  electron 

microscopy (TEM) of a spermatid of 

Cylc1

-KO mice showing the generally well-

formed manchette structure. Scale bar, 200 nm.

 

Figure 3

—figure supplement 1. 

CYLC1 interacts with itself and several other 

PT  proteins.  (

A

)

 

FLAG-  and/or  Myc-tagged  CYLC1  was  transfected  into 

HEK293T  cells.  Protein  lysates  were  immunoprecipitated  with  anti-Myc 

antibody  and  then  detected  with  anti-

FLAG  antibody  by  SDS‒PAGE.  (

B-E

Myc-tagged CYLC1 was transfected into HEK293T cells with or without FLAG-

tagged  ACTRT1  (b),  ACTRT2  (c),  CAPZA3  (d),  or  CCIN  (e).  Protein  lysates 

were immunoprecipitated with anti-FLAG antibody and then detected with anti-

Myc antibody by SDS‒PAGE.

 

Figure 3

—figure supplement 2. 

Expression of PT proteins in sperm samples 

of WT mice and 

Cylc1

-KO mice.

 

(

A

)

 

Protein contents of PT proteins, such as 

CYLC1,  ACTRT1,  ACTRT2,  ACTL7A,  CCIN,  CAPZA3,  CAPZB,  CYLC2,  and 

PLCζ,  were  analysed  by  Western  blotting  in  sperm  protein  lysates

 

from  WT 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

35 

 

mice and 

Cylc1

-KO mice. 

β-actin served as an internal control. (

B

)

 

Bar graphs 

representing band intensities, which were analysed by ImageJ software. Data 

represent the mean ± SEM of three biological replicates. 

Student’s 

t

 test, ns: 

not significant.

 

Figure 6

—figure supplement 1. 

Analysis of the reproductive system of 

Cylc1

-

mutant

 

mice. (

A

)

 

The testis size and weight were similar between wild-type (WT) 

mice  and 

Cylc1

-mutant  mice.  Data  are  presented  as  the  mean  ±  SEM  (

n

=3 

each);  Student’s 

t

  test;  ns,  no  significance.  t,  testis;  epi,  epididymis.  (

B

)

 

Histological  morphology  of  testis  and  cauda  epididymis  from  WT  mice  and 

Cylc1

-mutant mice by hematoxylin-eosin (H&E) staining. SPC, spermatocytes; 

RS, round spermatids; ES, elongating/elongated spermatids. Scale bars, 

50 μm.

 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

36 

 

References 

Aarabi M

, Balakier H, Bashar S, Moskovtsev SI, Sutovsky P, Librach CL, Oko 

R.  2004.  Sperm-derived  WW  domain-binding  protein,  PAWP,  elicits 

calcium oscillations and oocyte activation in humans and mice. 

FASEB 

J

 

28

:4434

–4440. 

DOI: https://doi.org/10.1096/fj.14-256495

PMID: 24970390 

Adzhubei  I

,  Jordan  DM,  Sunyaev  SR.  2013.  Predicting  functional  effect  of 

human missense mutations using PolyPhen-2. 

Cur Protoc Hum Genet

 

Chapter 7

:Unit7 20. 

DOI: https://doi.org/10.1002/0471142905.hg0720s76

PMID: 23315928 

Aul RB

, Oko RJ. 2002. The major subacrosomal occupant of bull spermatozoa 

is  a  novel  histone  H2B  variant  associated  with  the  forming  acrosome 

during spermiogenesis. 

Dev Biol

 

242

:376

–387. 

DOI: https://doi.org/10.1006/dbio.2001.0427

PMID: 11892742 

Baker  MA

,  Hetherington  L,  Weinberg  A,  Velkov  T.  2014.  Phosphopeptide 

analysis of rodent epididymal spermatozoa. 

J Vis Exp

 

94

:51546. 

DOI: https://doi.org/10.3791/51546

PMID: 25591077 

Barratt CLR

, Björndahl L, De Jonge CJ, Lamb DJ, Osorio Martini F, McLachlan 

R, Oates RD, van der Poel S, St John B, Sigman M, Sokol R, Tournaye 

H. 2017. The diagnosis of male infertility: an analysis of the evidence to 

support the development of global WHO guidance-challenges and future 

research opportunities. 

Hum Reprod Update

 23

:660

–680. 

DOI: https://doi.org/10.1093/humupd/dmx021

PMID: 28981651 

Bulow M von

, Rackwitz HR, Zimbelmann R, Franke WW. 1997. CP beta3, a 

novel  isoform  of  an  actin-binding  protein,  is  a  component  of  the 

cytoskeletal  calyx  of  the  mammalian  sperm  head. 

Exp  Cell  Res

 

233

:216

–224. 

DOI: https://doi.org/10.1006/excr.1997.3564

PMID: 9184090 

Castaneda JM

, Shimada K, Satouh Y, Yu Z, Devlin DJ, Ikawa M, Matzuk MM. 

2021.  FAM209  associates  with  DPY19L2,  and  is  required  for  sperm 

acrosome biogenesis and fertility in mice. 

J Cell Sci

 

134

:jcs259206. 

DOI: https://doi.org/10.1242/jcs.259206

PMID: 34471926 

Chen P

, Saiyin H, Shi R, Liu B, Han X, Gao Y, Ye X, Zhang X, Sun Y. 2021. 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

37 

 

Loss of SPACA1 function causes autosomal recessive globozoospermia 

by  damaging  the  acrosome-acroplaxome  complex. 

Hum  Reprod

 

36

:2587

–2596. 

DOI: https://doi.org/10.1093/humrep/deab144

PMID: 34172998 

Dai J

, Zhang T, Guo J, Zhou Q, Gu Y, Zhang J, Hu L, Zong Y, Song J, Zhang 

S, Dai C, Gong F, Lu G, Zheng W, Lin G. 2021. Homozygous pathogenic 

variants in ACTL9 cause fertilization failure and male infertility in humans 

and mice. 

Am J Hum Genet

 

108

:469

–481. 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2021.02.004

PMID: 33626338 

Fan Y

, Huang C, Chen J, Chen Y, Wang Y, Yan Z, Yu W, Wu H, Yang Y, Nie L, 

Huang  S,  Wang  F,  Wang  H,  Hua  Y,  Lyu  Q,  Kuang  Y,  Lei  M.  2022. 

Mutations in CCIN cause teratozoospermia and male infertility. 

Sci Bull

 

67

:2122

–2123. 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.09.026

PMID: 36546111 

Fujihara Y

, Satouh Y, Inoue N, Isotani A, Ikawa M, Okabe M. 2012. SPACA1-

deficient  male  mice  are  infertile  with  abnormally  shaped  sperm  heads 

reminiscent of globozoospermia. 

Development

 

139

:3583

–3589. 

DOI: https://doi.org/10.1242/dev.081778

PMID: 22949614 

Gnoth C

, Godehardt E, Frank-Herrmann P, Friol K, Tigges J, Freundl G. 2005. 

Definition  and  prevalence  of  subfertility  and  infertility. 

Hum  Reprod

 

20

:1144

–1147. 

DOI: https://doi.org/10.1093/humrep/deh870

PMID: 15802321 

Gonzales  PR

,  Andersen  EF,  Brown  TR,  Horner  VL,  Horwitz  J,  Rehder  CW, 

Rudy NL, Robin NH, Thorland EC, On Behalf Of The Acmg Laboratory 

Quality  Assurance  Committee.  2022.  Interpretation  and  reporting  of 

large regions of homozygosity and suspected consanguinity/uniparental 

disomy, 2021 revision: A technical standard of the American College of 

Medical Genetics and Genomics (ACMG). 

Genet Med

 

24

:255

–261. 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.gim.2021.10.004

PMID: 34906464 

Gudmundsson  S

,  Singer-Berk  M,  Watts  NA,  Phu  W,  Goodrich  JK, 

Solomonson M; Genome Aggregation Database Consortium; Rehm HL, 

MacArthur  DG,  O'Donnell-Luria  A.  2022.  Variant  interpretation  using 

population  databases:  Lessons  from  gnomAD. 

Hum  Mutat

 

43

:1012

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

38 

 

1030. 

DOI: https://doi.org/10.1002/humu.24309

PMID: 34859531 

Hachem  A

,  Godwin  J,  Ruas  M,

 

Lee  HC,  Ferrer  Buitrago  M,  Ardestani  G, 

Bassett  A,  Fox  S,  Navarrete  F,  de  Sutter  P,  Heindryckx  B,  Fissore  R, 

Parrington  J.  2017.  PLCzeta  is  the  physiological  trigger  of  the  Ca

(2+)

 

oscillations that induce embryogenesis in mammals but conception can 

occur in its absence. 

Development

 

144

:2914

–2924. 

DOI: https://doi.org/10.1242/dev.150227

PMID: 28694258 

Hao J

, Chen M, Ji S, Wang X, Wang Y, Huang X, Yang L, Wang Y, Cui X, Lv L, 

Liu Y, Gao F. 2014. Equatorin is not essential for acrosome biogenesis 

but  is  required  for  the  acrosome  reaction. 

Biochem  Biophys  Res 

Commun

 

444

:537

–542. 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2014.01.080

PMID: 24480441 

Hamilton LE

, Acteau G, Xu W, Sutovsky P, Oko R. 2017. The developmental 

origin  and  compartmentalization  of  glutathione-s-transferase  omega  2 

isoforms in the perinuclear theca of eutherian spermatozoa. 

Biol Reprod

 

97

:612

–621. 

DOI: https://doi.org/10.1093/biolre/iox122

PMID: 29036365 

Heid  H

,  Figge  U, Winter  S,  Kuhn  C,  Zimbelmann  R,  Franke W.  2002.  Novel 

actin-related  proteins  Arp-T1  and  Arp-T2  as  components  of  the 

cytoskeletal  calyx  of  the  mammalian  sperm  head. 

Exp  Cell  Res

 

279

:177

–187. 

DOI: https://doi.org/10.1006/excr.2002.5603

PMID: 12243744 

Herrada  G

,  Wolgemuth  DJ.  1997.  The  mouse  transcription  factor  Stat4  is 

expressed in haploid male germ cells and is present in the perinuclear 

theca of spermatozoa. 

J Cell Sci

 

110

:1543

–1553. 

DOI: https://doi.org/10.1242/jcs.110.14.1543

PMID: 9247188 

Hess H

, Heid H, Franke WW. 1993. Molecular characterization of mammalian 

cylicin,  a  basic  protein  of  the  sperm  head  cytoskeleton.  J  Cell  Biol 

122

:1043

–1052. 

DOI: https://doi.org/10.1083/jcb.122.5.1043

PMID: 8354692 

Koscinski I

, Elinati E, Fossard C, Redin C, Muller J, Velez de la Calle J, Schmitt 

F, Ben Khelifa M, Ray PF, Kilani Z, Barratt CL, Viville S. 2011. DPY19L2 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

39 

 

deletion  as  a  major  cause  of  globozoospermia. 

Am  J  Hum  Genet

 

88

:344

–350. 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2011.01.018

PMID: 21397063 

Li  H

,  Durbin  R.  2010.  Fast  and  accurate  long-read  alignment  with  Burrows-

Wheeler transform. 

Bioinformatics

 

26

:589

–595. 

DOI: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp698

PMID: 20080505 

Liu G

, Shi QW, Lu GX. 2010. A newly discovered mutation in PICK1 in a human 

with globozoospermia. 

Asian J Androl

 

12

:556

–560. 

DOI: https://doi.org/10.1038/aja.2010.47

PMID: 20562896 

Longo FJ

, Krohne G, Franke WW. 1987. Basic proteins of the perinuclear theca 

of  mammalian  spermatozoa  and  spermatids:  a  novel  class  of 

cytoskeletal elements. 

J Cell Biol

 

105

:1105

–1120. 

DOI: https://doi.org/10.1083/jcb.105.3.1105

PMID: 3308904 

McKenna  A

,  Hanna  M,  Banks  E,  Sivachenko  A,  Cibulskis  K,  Kernytsky  A, 

Garimella  K,  Altshuler  D,  Gabriel  S,  Daly  M,  DePristo  MA.  2010.  The 

Genome Analysis Toolkit: a MapReduce framework for analyzing next-

generation DNA sequencing data. 

Genome Res

 

20

:1297

–1303. 

DOI: https://doi.org/10.1101/gr.107524.110

PMID: 20644199 

Ng  PC

,  Henikoff  S.  2003.  SIFT:  Predicting  amino  acid  changes  that  affect 

protein function. 

Nucleic Acids Res

 

31

:3812

–3814. 

DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkg509

PMID: 12824425 

Oko R

, Morales CR. 1994. A novel testicular protein, with sequence similarities 

to a family of lipid binding proteins, is a major component of the rat sperm 

perinuclear theca. 

Dev Biol

 

166

:235

–245. 

DOI: https://doi.org/10.1006/dbio.1994.1310

PMID: 7958448 

Oko R

, Sutovsky P. 2009. Biogenesis of sperm perinuclear theca and its role in 

sperm functional competence and fertilization. 

J Reprod Immunol

 

83

:2

7. 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.jri.2009.05.008

PMID: 19883945 

Rentzsch  P

,  Witten  D,  Cooper  GM,  Shendure  J,  Kircher  M.  2019.  CADD: 

predicting the deleteriousness of variants throughout the human genome. 

Nucleic Acids Res

 

47

:D886

–D894. 

DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gky1016

PMID: 30371827 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

40 

 

Schneider S

, Kovacevic A, Mayer M, Dicke AK, Arévalo L, Koser SA, Hansen 

JN, Young S, Brenker C, Kliesch S, Wachten D, Kirfel G, Struenker T, 

Tüttelmann F, Schorle H. 2023. Cylicins are a structural component of 

the sperm calyx being indispensable for male fertility in mice and human.

 

Elife

 

12

:RP86100. 

DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.86100

PMID: 38013430 

Singh  P

,  Schimenti  J.  2015.  The  genetics  of  human  infertility  by  functional 

interrogation  of  SNPs  in  mice.

 

Proc  Natl  Acad  Sci  U  S  A

 

112

:10431

10436. 

DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1506974112

PMID: 26240362 

Wang  K

,  Li  M,  Hakonarson  H.  2010.  ANNOVAR:  functional  annotation  of 

genetic  variants  from  high-throughput  sequencing  data. 

Nucleic  Acids 

Res

 

38

:e164. 

DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkq603

PMID: 20601685 

Xin A

, Qu R, Chen G, Zhang L, Chen J, Tao C, Fu J, Tang J, Ru Y, Chen Y, 

Peng  X,  Shi  H,  Zhang  F,  Sun  X.  2020.  Disruption  in  ACTL7A  causes 

acrosomal ultrastructural defects in human and mouse sperm as a novel 

male factor inducing early embryonic arrest.

 Sci Adv

 

6

:eaaz4796. 

DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz4796

PMID: 32923619 

Yatsenko AN

, O'Neil DS, Roy A, Arias-Mendoza PA, Chen R, Murthy LJ, Lamb 

DJ,  Matzuk  MM.  2012.  Association  of  mutations  in  the  zona  pellucida 

binding protein 1 (ZPBP1) gene with abnormal sperm head morphology 

in infertile men. 

Mol Hum Reprod

 

18

:14

–21. 

DOI: https://doi.org/10.1093/molehr/gar057

PMID: 21911476 

Zhang XZ

, Wei LL, Jin HJ, Zhang XH, Chen SR. 2022a.The perinuclear theca 

protein  Calicin  helps  shape  the  sperm  head  and  maintain  the  nuclear 

structure in mice. 

Cell Rep

 

40

:111049. 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111049

PMID: 35793634 

Zhang XZ

, Wei LL, Zhang XH,  Jin HJ, Chen SR. 2022b. Loss of perinuclear 

theca  ACTRT1  causes  acrosome  detachment  and  severe  male 

subfertility in mice. 

Development

 

149

:dev.200489. 

DOI: https://doi.org/10.1242/dev.200489

PMID: 35616329 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

41 

 

 

Figure 1 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

42 

 

 

Figure 2 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

43 

 

 

Figure 3 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

44 

 

 

Figure 4 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

45 

 

 

Figure 5 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

46 

 

 

Figure 6 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

47 

 

 

Figure 7 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

48 

 

 

Figure 1

—figure supplement 1 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

49 

 

 

Figure 1

—figure supplement 2 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

50 

 

 

Figure 1

—figure supplement 3 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

51 

 

 

Figure 1

—figure supplement 4 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

52 

 

 

Figure 2

—figure supplement 1 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

53 

 

 

Figure 3

—figure supplement 1 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

54 

 

 

Figure 3

—figure supplement 2 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

55 

 

 

Figure 6

—figure supplement 1 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

56 

 

Primers for mouse genotyping.

 

Cylc1

-KO mice (based on band size): 

PCR No. 

Primer No. 

Sequence (5’→3’) 

Band size 

PCR (1) 

F1 

GAAGTCAGGACTGTAACTCAAGCAG 

WT: 4222 bp 

KO: 571 bp 

R1 

GCATCTTCTGAACCATTGTACCC 

PCR (2) 

F2 

CCTGATATAGCTGTCTCTTGTGAGG 

WT: 266 bp 

KO: 0 bp 

R2 

AGTTTGCAAGACCAATGGGC 

Cylc1

-mutant mice (based on sequencing): 

PCR No. 

Primer No. 

Sequence (5’→3’) 

Band size 

PCR 

AAATCAAAACACGATAAAA 

508 bp 

AATCACTGAAACTCACTAT 

 

Figure 1

—source data 1 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

57 

 

Antibodies used in this study.

 

Rabbit polyclonal anti-CYLC1 

In this study 

N/A 

Rabbit polyclonal anti-FAM209 

In this study 

N/A 

Rabbit polyclonal anti-ACTL7A 

Proteintech 

Cat#17355-1-AP; RRID:AB_2273677 

Rabbit polyclonal anti-SPACA1 

Abcam 

Cat#

 ab191843

 

Rabbit polyclonal anti-ACTRT1 

Invitrogen 

Cat#

 PA5-31691

; RRID:AB_2549164 

Rabbit polyclonal anti-ACTRT2 

Proteintech 

Cat#

16992-1-AP

; RRID:AB_2878338 

Guinea pig polyclonal anti-CCIN 

Progen 

Cat#GP-SH3 

Guinea pig polyclonal anti-CAPZA3 

Progen 

Cat#GP-SH4 

Rabbit polyclonal anti-CAPZB 

Proteintech 

Cat#

25043-1-AP

;

 

RRID:AB_2879867

 

Rabbit polyclonal anti-CYLC2 

Proteintech 

Cat#

18729-1-AP

;

 

RRID:AB_2276962

 

Rabbit polyclonal anti-

PLCζ

 

Abcam 

Cat#

ab181816

;

 

RRID:AB_1071092

 

Mouse  monoclonal  anti-acetylated 

Tubulin 

Proteintech 

C

at#66200-1-Ig;

 

RRID:AB_2722562

 

Mouse monoclonal anti-beta Actin 

Abcam 

Cat#ab8226; RRID:AB_306371 

PNA-FITC 

Sigma-Aldrich 

Cat# L7381 

Actin-Tracker Red 

Beyotime 

Cat#C2203 

Mouse polyclonal anti-DYKDDDDK-

tag 

Abmart 

Cat#M20008; RRID:AB_2713960 

Mouse polyclonal anti-Myc-tag 

Abmart 

Cat#M20002; RRID:AB_2861172 

Alexa Fluor 555-labeled anti-Mouse 

IgG 

Beyotime 

Cat#A0428; RRID:AB_2893435 

Alexa Fluor 555-labeled anti-Rabbit 

IgG 

Beyotime 

Cat#A0453; RRID:AB_2890132 

Goat anti-Guinea pig IgG-HRP 

Solarbio 

Cat#K0040G-HRP 

Goat anti-Rabbit IgG-HRP 

Abmart 

Cat#M21002; RRID:AB_2713951 

Goat anti-Mouse IgG HRP 

Abmart 

Cat#M21001; RRID:AB_2713950 

 

Figure 3

—source data 1 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

58 

 

WES reveals variants in known sperm head deformity-associated genes in infertile 
men.

 

Gene 

Mutated sites 

gnomAD 

Read 

depth 

DPY19L2 

heter: c.814C>A/p.Leu272Met 

0.000007422 

40 

heter: c.830C>A/p.Thr277Lys 

— 

39 

homo: c.1213_1217del/p.T405fs 

— 

75 

ZPBP 

heter: c.427T>C/p.Tyr143His 

0.00005576 

53 

heter: c.430T>C/p.Tyr144His 

0.00005576 

53 

heter: c.74G>C/p.Arg25Pro 

0.001676 

45 

PICK1 

heter: c.839T>C/p.Leu280Pro 

— 

94 

heter: c.851T>C/p.Leu284Pro 

— 

126 

heter: c.905A>C/p.Gln302Pro 

— 

156 

heter: c.839T>C/p.Leu280Pro 

— 

48 

heter: c.874T>C/p.Tyr292His 

— 

62 

heter

c.839T>A/p.Leu280Gln 

— 

95 

heter: c.851T>A/p.Leu284His 

— 

100 

heter: c.874T>A/p.Tyr292Asn 

— 

114 

heter: c.887T>A/p.Leu296Gln 

— 

123 

ACTL7A 

homo: c.659G>C/p.Gly220Ala 

0.000006572 

336 

heter: c.871A>T/p.Lys291* 

— 

230 

heter: c.1035_1036delGT/p.Cys346fs 

— 

225 

ACTL9 

heter: c.553_556delGTCT/p.Val185fs*42 

— 

146 

heter: c.1058G>A/p.Arg353His 

— 

220 

CCIN 

homo: c.125A>T/p.His42Leu 

0.000006571 

47 

homo: c.125A>T/p.His42Leu 

0.000006571 

47 

heter: c.1294C>T/p.Arg432Trp 

0.000006568 

NA 

heter: c.1341C>A/p.Cys447* 

— 

NA 

gnomAD v.3.1.1 (http://www.gnomad-sg.org/). 

—, not available. We did not observed the 

homozygous, double heterozygous, or hemizygous variants (a minor allele frequency of ≤ 
1% in public databases) of 40 sperm head deformity-associated genes, including 

SPACA1

GOPC

CSNK2A2

TNP2

FAM209

VPS13B

GALNT3

SPAG6

HSP90B1

,

  SPATA46

TMF1

SIRT1

NHE8

LMNA

PPP1CC

ACTRT1

ACTRT2

ACTRT3

CAPZA3

PLCZ1

PARP11

ATG5

ATG7

PIWIL4

CC2D1B

CCNB3

KIAA1210

CHPT1

SEPTIN12

PDCL2

PCSK4

HIPK4

SUN3

SUN4

ACRBP

KPNA4

SPAG17

AXDND1

RIMBP3

and 

CEP70

 

Figure 4

—source data 1 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

59 

 

Primers for Sanger sequencing of 

CYLC1

 in humans.

 

Primer No. 

Sequence (5’→3’) 

CYLC1

-sanger-F1 

TGCAAAGAAAAGCTCTGATGCT 

CYLC1

-sanger-R1 

CTTTTTTGAATCTCCCTTCGGT 

 

Figure 4

—source data 2 

 

 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint 

2024.01.11.24301040v1.full-html.html
background image

60 

 

ICSI experiments using sperm from WT mice or 

Cylc1

-KO mice. 

 

Sperm from WT mice 

Sperm from 

Cylc1

-KO mice 

No. oocytes for injection 

68 

60 

75 

62 

69 

65 

No. 2-cell embryos 

59 

53 

64 

51 

58 

56 

Rate of 2-cell embryos 

86.76% 

88.33% 

85.33% 

82.26% 

84.06% 

86.15%

 

No. blastocysts 

36 

35 

41 

32 

34 

35 

Rate of blastocysts 

61.02% 

66.04% 

64.06% 

62.75% 

58.62% 

62.50% 

 

Table 3

—source data 1 

 . 

CC-BY 4.0 International license

It is made available under a 

perpetuity. 

 is the author/funder, who has granted medRxiv a license to display the preprint in

(which was not certified by peer review)

preprint 

The copyright holder for this

this version posted January 12, 2024. 

https://doi.org/10.1101/2024.01.11.24301040

doi: 

medRxiv preprint