胚胎早期发育分着床前、后两个阶段，对应体外培养的原始态（Naïve）与始发态（Primed）两种多能性干细胞状态。此前，早期发育与多能干细胞命运在表观遗传、转录、代谢等层次研究深入，但翻译阶段基因组中是否存在“暗物质蛋白”调控代谢与早期发育仍是谜。

在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助下，中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员刘兴国团队利用核糖体测序技术，发现多能性代谢因子Lin28b上游5′ UTR区选择性翻译可产生全新蛋白PLUM，且此翻译特异发生在着床后的Primed状态。相关成果近日发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。

“该研究揭示了多能干细胞中首个由非经典阅读框编码的功能蛋白PLUM，其在亚细胞水平连接无膜细胞器的RNA调控与线粒体代谢的翻译重塑，在多能性与胚胎发育中发挥关键决定性作用。”论文通讯作者刘兴国表示。

据介绍，PLUM敲除可使小鼠Primed状态多能干细胞以近100%效率同步转变为Naïve状态，还会导致小鼠胚胎着床缺陷。机制上，PLUM与RNA结合蛋白L1td1相互作用，调控其相分离能力，影响P颗粒组装，进而调控多能性与线粒体呼吸链复合物基因表达。

刘兴国团队发现，在Primed多能干细胞中，Lin28b的5′ UTR区特异性翻译产生微蛋白PLUM，呈胞质点状聚集分布。构建基因敲除模型证实，PLUM缺失会使Primed多能干细胞几乎100%转变为Naïve状态，胚胎着床显著受损，表明其对多能干细胞命运有决定性作用。机制研究表明，PLUM与L1td1直接互作，调控其胞质凝聚体和相分离，改变下游RNA，提高Naïve多能性基因RNA稳定性，激活氧化磷酸化基因表达。同时，PLUM缺失破坏P颗粒，提示其可能通过P颗粒组装调控线粒体功能。

综上，基因组中大量“非编码区”曾被视为“暗物质”，如今团队揭示的PLUM新蛋白，掌控着干细胞命运“开关”，是极少数能“决定性诱导”的细胞因子之一。其缺失致小鼠胚胎着床失败，在生命初始阶段不可或缺。机制研究串联“RNA调控-相分离-线粒体代谢”，揭示细胞质事件反向决定细胞核多能性状态。

该研究为理解多能干细胞命运决定提供新视角，也为优化多能干细胞状态、改善辅助生殖胚胎质量提供理论基础与潜在干预靶点。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66297-4