翻译与代谢的相互调控是细胞可塑性的基础。胚胎早期发育可分为着床前和着床后两个阶段，对应体外培养时两种稳定且可互相转变的多能性干细胞状态：原始态（Naïve）与始发态（Primed）。早期发育与多能干细胞命运在表观遗传、转录、代谢等层次已有研究，而在翻译阶段，此前主要聚焦于已知蛋白的翻译，基因组中是否存在未被挖掘的“暗物质蛋白”调控代谢与早期发育尚不明确。
基因组中大量“非编码区”曾被视作 “暗物质”。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院科研团队，揭示了PLUM新蛋白掌控着干细胞命运的“开关”， 是迄今为止少数能实现“决定性诱导”的细胞因子之一。
团队利用核糖体测序技术发现，在Primed多能干细胞中，Lin28b的5’UTR区特异性翻译产生微蛋白PLUM，且呈胞质点状聚集分布。研究通过构建基因敲除模型证实，PLUM缺失会使Primed多能干细胞以近100%效率转变为Naïve状态，导致胚胎着床明显受损，这表明PLUM对多能干细胞命运具有决定性作用。
机制研究表明，PLUM与RNA结合蛋白L1td1直接互作，调控其胞质凝聚体和相分离，进而改变其结合的下游RNA，使Tfcp2l1、Zfp42等Naïve多能性基因的RNA稳定性提高，进而激活氧化磷酸化基因表达。同时，PLUM缺失也破坏了细胞中负责mRNA降解的P颗粒，其中富集编码线粒体复合物I和V的基因mRNA，提示PLUM可能通过P颗粒组装调控线粒体功能。
研究进一步证明，PLUM缺失会导致小鼠胚胎着床失败，这说明它在生命最初阶段扮演着不可或缺的角色。同时，机制研究将“RNA调控—相分离—线粒体代谢”三者串联，揭示了细胞质事件如何反向决定细胞核的多能性状态。该研究为理解多能干细胞命运决定提供了新视角，也为优化多能干细胞状态、改善辅助生殖胚胎质量提供了新的理论基础与潜在干预靶点。
相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。
研究发现新“暗物质蛋白”作为胚胎发育命运的细胞质“开关”
研究团队单位：广州生物医药与健康研究院
