SUMMARY MicroRNAs (miRNAs) are a class of short noncoding RNAs that regulate gene expression through the binding of their 5’-end to mRNA. However, the biological effects of miRNA’s 3’-end binding to mRNA remain unclear. Here we discover that the pairing of miRNA’s 3’-end with RNA could serve as a primer to initiate the production of miRNA-derived RNAs (midRs), in the opposite direction of its originating RNA. midRs could consequently translate into miRNA-derived proteins (midPs). Starting from 2,656 Homo Sapiens miRNAs, we predicted 11,453 and 1,239 unique midRs and midPs for humans using a 15-nucleotide-pairing threshold. We verified the bona-fide existence of example midRs and midPs in human cells. Of clinical relevance, we demonstrate that midP0188 is highly expressed in human lung and breast cancer tissues and cells and that midP0188 and its encoding midRs represent novel anti-cancer targets. Our findings propose a miRNA→midR→midP axis that expands the central dogma and reveals thousands of novel RNAs and proteins that have immense potential for playing crucial biological and pathological roles in human cells, as well as other biological systems.

Abstract Single molecule localization microscopy (SMLM) is irreplaceable among super-resolution microscopies in revealing biological ultra-structures, given its unmatched high resolution. However, its sub-optimal quantitative capability, which is critical for characterizing true biomolecular organization of ultra-structures in cells, has hindered its widest application in biomedical research. Here, in SMLM imaging of cellular structures such as lipid rafts and microtubules with saturation labelling, we identified ultra-bright localizations, each of which is contributed by simultaneous emission of multiple molecules within a diffraction-limit region and has been regarded before as a regular localization from single molecule. Consistently, ultra-bright localizations are also observed in simulated SMLM imaging of endoplasmic reticulum or microtubules from public resource. Furthermore, after calibrating each ultrabright localization into multiple single-molecule localizations using the photon-number-based models, the density of total localizations shows linear correlation with the true molecule density, presenting SMLM with new reconstruction method as a quantitative analysis approach. Therefore, identification and dissection of ultra-bright localizations in SMLM enable the close and quantitative estimate of the true biomolecular organization.