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“昙花一现”的蛋白?《细胞》子刊研究找到了它们消失的秘密

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传统观点认为,只有功能蛋白的开放阅读框才会被核糖体翻译。但随着分析技术的发展,越来越多非经典翻译区域的小开放阅读框(small ORF)被发现具有翻译能力,其翻译产物被称为微蛋白(microproteins)。部分微蛋白表现出了与经典蛋白相当的翻译信号,但在常规蛋白质组学的检测中却几乎“隐身”。既然翻译过程正常,为何在细胞内却难以找到它们的踪迹?

2026年5月19日,浙江大学医学院张汕团队以及生命科学学院王勇团队在Molecular Cell发表的研究为这一问题提供了新的见解。该研究系统描绘了人类非经典翻译产物的折叠与稳定性特征。研究发现,大多数微蛋白从生成之初就带着不易折叠且容易降解的分子特征。而这种命运并非偶然,主要由它们编码序列的高GC含量与遗传密码本身的偏好共同塑造。


研究人员整合了20多种细胞和组织来源的核糖体印迹数据,鉴定出9000多个具有翻译证据的非经典开放阅读框。进一步的结构预测表明,大多数微蛋白可能缺乏稳定折叠结构,整体呈现较强的内在无序倾向。此外,即使将微蛋白序列打乱,只保留原有氨基酸组成,其无序倾向依然存在。这说明,微蛋白的氨基酸组成很大程度上已经决定了它们的折叠命运。

既然多数微蛋白难以形成稳定结构,那么它们在细胞中会经历什么?研究人员构建了人类微蛋白表达文库,并系统评估了这些微蛋白在细胞内的稳定性。结果表明,多数微蛋白在细胞内具有较低的稳定性。而蛋白酶体抑制剂的处理能够显著增强微蛋白信号,提示蛋白酶体途径是清除这些不稳定微蛋白的重要机制。


▲研究示意图(图片来源:研究团队提供)

那么,这些微蛋白为什么会被细胞的降解系统捕捉?

研究发现,微蛋白的不稳定性主要来自两类降解信号。第一类是无序区域中暴露的疏水残基,尤其是亮氨酸,其富集程度与微蛋白的低稳定性显著相关。第二类则藏在蛋白的N或者C末端,即末端降解信号(terminal degrons)。

在核苷酸层面,微蛋白编码序列普遍具有较高的GC含量。由于遗传密码天然的映射关系,高GC序列更容易编码甘氨酸、精氨酸、丙氨酸和脯氨酸。这些残基一方面会削弱蛋白折叠能力,推动内在无序;另一方面又常常出现在N或C末端降解信号中,使微蛋白更容易被E3连接酶识别。


图片来源:123RF

换句话说,高GC含量像一把双刃剑。它可通过形成更稳定的RNA二级结构,减缓核糖体扫描并促进非经典翻译起始,但与此同时,它也在翻译产物中埋下了不稳定的分子属性。

研究进一步分析发现,对相当一部分微蛋白而言,它们可能并不会积累为稳定的功能蛋白,而是在快速降解后作为抗原肽呈递给免疫系统。因此,它们在细胞内尽管只会短暂存在,却可能在细胞表面被免疫系统读取。

总体来看,这项研究不仅解释了为什么微蛋白“明明被翻译了,却很难被检测到”,也为理解新生基因演化、蛋白质稳态和肿瘤免疫提供了新的视角。这也提示微蛋白并非蛋白组中的随机噪音,它们可能是生命系统在演化前沿不断生成和筛选的分子试验品,短暂存在却并不沉默。

原始论文:

[1] Intrinsic Bias of the Genetic Code Shapes the Folding and Stability Landscapes of Microproteins. Molecular Cell (2026). https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.04.021

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