Mol Cell | Jin Chen团队揭示非经典开放阅读框的系统性功能，发现调控细胞命运的“双功能”RNA|rna|染色质|系统性功能|细胞质|翻译|蛋白

人类基因组中隐藏着数千个未被注释的短开放阅读框（sORF），它们具有编码微蛋白（microproteins）的潜力，但其生理功能大多仍是未解之谜。

2026年3月4日，Altos Labs 与德克萨斯大学西南医学中心（UT Southwestern Medical Center）的 Jin Chen 团队（该论文的第一作者为 Altos Labs 的Scientist 祝开元与李宛蓁）在 Molecular Cell 期刊上发表了题为Functional landscape of non-canonical open reading frames in coordinating cell fate的研究论文。该研究开发了高通量功能筛选技术 sORF-seq，系统性鉴定了数百个调控细胞分化的微蛋白。在此基础上，研究团队发现长链非编码 RNA（lncRNA）lncPRESS1实际上是一个“双功能” RNA分子。它不仅能在细胞核内作为 lncRNA 引导染色质重塑并协调发育基因表达程序，还能在细胞质中作为 mRNA 翻译成微蛋白，通过 Sonic hedgehog (SHH) 信号通路和与初级纤毛的相互作用来引导谱系定型。这种双重功能使得 lncPRESS1 能够在人类早期胚胎与大脑发育中协调细胞的命运抉择。

在传统的分子生物学认知中，基因组被严格划分为“编码蛋白”的 mRNA 和“非编码”的 RNA（如 lncRNA）。然而，近年来的多组学研究发现，许多被注释为 lncRNA 的转录本或 mRNA 的非翻译区（UTR）实际上包含了非经典的短开放阅读框（sORF），能够翻译出之前未被识别的微小蛋白（microproteins）。这引发了一系列核心问题：这些新发现的微蛋白仅仅是翻译过程的副产物，还是发挥着积极且重要的调控作用？那些编码了微蛋白的 lncRNA，究竟是应该被视为经典的非编码 RNA、被错误注释的 mRNA，还是可以“身兼数职”（moonlighting），同时发挥双重功能？

首创 sORF-seq 筛选平台，绘制微蛋白功能图谱

为了系统性探究微蛋白在细胞命运决定中的作用，研究团队开发了一种名为 sORF-seq 的功能获得性（gain-of-function）汇集筛选技术。研究人员首先在诱导多能干细胞（iPSCs）及 iPSC 衍生的心肌细胞中，通过核糖体图谱（Ribo-seq）识别了 2,602 个高置信度微蛋白，并构建了表达文库。随后，通过结合不同胚层的特异性标志物与荧光激活细胞分选（FACS）进行筛选，团队成功鉴定出 674 个能够调控干细胞多能性及三胚层分化的功能性微蛋白。这一文库不仅涵盖了 mRNA 的 UTR 区域，还包含了 162 个原本被认为是“非编码”的 lncRNA 或基因组未注释区域所编码的微蛋白。

lncPRESS1 ：“非编码 RNA”的隐藏编码身份

在众多筛选结果中，一个名为 lncPRESS1 的转录本引起了研究人员的强烈关注。它曾被认为是一个单纯的 lncRNA，但筛选结果显示它是决定干细胞命运的关键调节因子，能够负向调控多能性并促进中胚层分化。研究团队证实， lncPRESS1 能够在其细胞质内活跃翻译出一个由 129 个氨基酸组成的微蛋白，并将其命名为 LNCSIRP 。

核内化身向导：lncRNA 引导 SWI/SNF 重塑染色质

lncPRESS1 展现出了极强的空间分布特异性，同时存在于细胞核与细胞质中。在细胞核内， lncPRESS1 以非编码 RNA 的形式发挥功能。它能够通过其直接结合 BRG1（SWI/SNF 染色质重塑复合物的核心催化亚基）的 AT-hook 结构域，引导 SWI/SNF 复合物精准定位至特定的基因组目标。这种核内的 RNA 功能通过调控染色质可及性，积极促进中胚层（Mesoderm）基因程序的表达与分化，在维持中胚层分化潜能中起到了至关重要的作用。

质内变身蛋白：LNCSIRP 调控初级纤毛与神经分化

在细胞质中， lncPRESS1 则充当 mRNA，翻译出微蛋白 LNCSIRP。利用 TurboID 邻近标记技术与质谱分析，研究发现 LNCSIRP 富集于细胞的初级纤毛（Primary cilium）相关蛋白上。进一步机制解析表明，LNCSIRP 通过直接结合纤毛组装关键蛋白 IFT57（IFT-B复合物的组成部分），限制 IFT57 在纤毛上的积累，从而负向调控初级纤毛的生成。由于初级纤毛是 Sonic hedgehog (SHH) 信号通路的核心枢纽，LNCSIRP 介导的纤毛抑制作用有效地限制了 SHH 信号的激活，从而作为“刹车”防止干细胞过早地向神经外胚层（Neuroectoderm）定型和分化。

进化视角：灵长类特有基因如何塑造大脑复杂性

尤为有趣的是，序列保守性分析表明， lncPRESS1 是一个灵长类动物特有的从头起源（de novo）基因。在包括 3D Gastruloids、畸胎瘤（Teratoma）以及大脑类器官（Cerebral organoids）在内的多种多谱系分化模型中，敲除 lncPRESS1 均会导致神经发生异常加速，神经元过早成熟。这表明 lncPRESS1 在灵长类进化过程中，可能发挥了延缓神经外胚层分化节奏的作用。这种对祖细胞群体的长时间维持和对神经元成熟的适当延迟，正是人类及灵长类动物大脑皮层体积扩大、复杂性增加的关键细胞学基础。

总之，这研究颠覆了传统的“一基因一功能”范式。 lncPRESS1 作为一个“双栖”分子，在细胞核的表观遗传调控和细胞质的信号传导之间架起了一座桥梁，展示了单个 RNA 转录本如何协调复杂的胚胎发育过程。此外，研究建立的 sORF-seq 平台为未来探索隐藏在发育与细胞命运调控中的微蛋白质组（microproteome）提供了宝贵的资源和普适性策略。