The effects of the interaction of alternatively spliced β-catenin with prion protein in embryo development during early pregnancy

Abstract

Embryo implantation is a process of interaction between the differentiating uterine stromal cells and gastrulating embryo. Even though β-catenin is known as an factor for implantation its molecular works are not much unmasked. In this study, we explored the interaction of β-catenin, a key effector of the Wnt signaling pathway of decidualization with cellular prion protein (PrPc ), a multifunctional protein, during pregnancy. While β-catenin maintained stable expression in epithelial regions from Days 1 to 5, PrPc exhibited lower but showed parallel expression patterns. On Days 6 and 7, βcatenin expression decreased toward deeper uterine zones, whereas PrPc showed increasing expression in deep zones. β-catenin and PrPc exhibited distinct spatiotemporal expression patterns during early pregnancy. β-catenin showed stable expression in luminal and glandular epithelium from Days 1– 5, decreasing across decidual zones on Days 6–7. PrPc increased toward deeper decidual zones. Both proteins were prominent in stromal cells, with β-catenin favoring undifferentiated stromal cells and PrPc strongly expressed in decidualized cells. These findings suggest β-catenin and PrPc act as transcriptional co-activators critical for stromal cell differentiation during decidualization. Co-immunoprecipitation experiments revealed that PrPc coprecipitates with β-catenin, confirming their interaction. This suggests that the β-catenin–PrPc complex may play a crucial role in uterine development and implantation during early pregnancy. Single cell RNA sequencing identified two major β-catenin isoforms: the canonical form and the intron retention form. The canonical form exhibited decidualization-dependent expression, while the intron retention form was estrogen-dependent. Using the PrnpZH3/ZH3 knockout mouse model, we confirmed that PrPc interacts specifically with the canonical β-catenin isoform. PrPc -null mice exhibited impaired decidualization and altered β-catenin isoform expression, highlighting the importance of this interaction. These results reveal a critical interplay between β-catenin and PrPc during implantation, and suggests distinct roles for β-catenin isoforms in uterine stromal differentiation and embryo development.|탈락막 형성은 배아 이식과 태반 형성에 필수적이며, 호르몬 조절 하에 자궁 기질 세포의 분화를 포함합니다. 이 연구에서 자궁 탈락막 형성동안 Wnt 신호 전달 경로의 핵심 효과기인 β-catenin 과 다기능 단백질인 세포성 프리온 단백질 (PrPc) 역할을 탐구했습니다. β-catenin 은 1 일에서 5 일까지 상피 영역에서 안정적인 발현을 유지하는 반면, PrPc 는 낮지만 평행한 발현 패턴을 보였습니다. 6 일과 7 일에는 β-catenin 발현이 더 깊은 자궁 영역으로 감소한 반면, PrPc 는 바깥쪽 영역에서 발현이 증가하여 자궁 리모델링에서 보완적인 역할을 시사했습니다. 단일 세포RNA 시퀀싱은 두 가지 주요 β-catenin 동형체, 표준형과 인트론 유지형을 식별했습니다. 표준형은 탈락막 형성 의존적 발현을 보인 반면, 인트론 유지형은 에스트로겐 의존적이었습니다. PrnpZH3/ZH3 낙아웃 마우스 모델을 사용하여 PrPc 가 정식 β-catenin 동형체와 특이적으로 상호 작용한다는 것을 확인했습니다. PrPc 가 없는 마우스는 탈락막 형성이 손상되고 βcatenin 동형체 발현이 변화하여 이 상호 작용의 중요성을 강조했습니다. 저희의 연구 결과는 탈락막 형성 중에 β-catenin 과 PrPc 간의 중요한 상호 작용을 보여주며, 자궁 기질 분화에서 β-catenin 동형체의 역할이 서로 다릅니다. 이러한 결과는 자궁 리모델링의 분자적 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 착상과 임신 유지에 대한 미래 연구의 토대를 마련합니다.