信使RNA

信使RNA是指導蛋白質生物合成的直接模板。mRNA 佔細胞內RNA總量的2%~ 5%，種類繁多，其分子大小差別非常大。 ^[3] 

信使RNA（mRNA）是一大類RNA分子，它將遺傳信息從DNA傳遞到核糖體，在那裏作為蛋白質合成模板並決定基因表達蛋白產物肽鏈的氨基酸序列。 RNA聚合酶將初級轉錄物mRNA（稱為前mRNA）轉錄成加工過的成熟mRNA，這種成熟的mRNA被翻譯成蛋白質。

如在DNA中一樣，mRNA遺傳信息也保存在核苷酸序列中，其被排列成由每個三個鹼基對組成的密碼子。每個密碼子編碼特定氨基酸，但終止密碼子例外，因為其終止蛋白質合成。

將密碼子翻譯成氨基酸的過程需要另外兩種類型的RNA：轉移RNA（tRNA）和核糖體RNA（rRNA）。tRNA介導密碼子的識別並提供相應的氨基酸，rRNA是核糖體蛋白質製造機械的核心組成部分。

mRNA的存在首先由Jacques Monod和FrançoisJacob提出，隨後由Jacob，Sydney Brenner和Matthew Meselson於1961年在加州理工學院發現。

原核生物mRNA常以多順反子的形式存在。真核生物mRNA一般以單順反子的形式存在。 ^[4] 

原核生物mRNA的轉錄與翻譯一般是偶聯的，真核生物轉錄的mRNA前體則需經轉錄後加工，加工為成熟的mRNA與蛋白質結合生成信息體後才開始工作。

原核生物mRNA半壽期很短，一般為幾分鐘 ，最長只有數小時（RNA噬菌體中的RNA除外）。真核生物mRNA的半衰期較長， 如胚胎中的mRNA可達數日。

原核與真核生物mRNA的結構特點也不同。真核生物mRNA具有5‘帽子和3’多聚A尾巴，原核生物沒有這樣的首尾結構。

翻譯產物僅是單個蛋白質鏈（多肽）的mRNA稱為單順反子mRNA。大多數真核mRNA都屬於單順反子mRNA。多順反子mRNA攜帶幾個開放閲讀框（ORF），每個開放閲讀框都能被翻譯成一條多肽，這些多肽通常具有相似的功能，通常構成最終複合蛋白的不同亞基。這些多肽鏈對應的DNA片斷則位於同一轉錄單位內，享用同一對起點和終點。細菌和古細菌中的大多數mRNA是多順反子的。

在真核生物中，由於eIF4E和poly（A）結合蛋白之間的相互作用，mRNA分子形成環狀結構，這兩種結合蛋白都與eIF4G結合，形成mRNA-蛋白-mRNA橋。環化促進核糖體在mRNA上的循環，提高翻譯效率，且確保僅有完整的mRNA得到翻譯。

mRNA分子的合成始於轉錄，並最終以降解結束。在被翻譯之前，真核mRNA分子通常需要大量加工和轉運，而原核mRNA分子則不需要。真核mRNA分子和它周圍的蛋白質一起被稱為信使RNP。

轉錄是指由DNA合成RNA的過程。在轉錄期間，RNA聚合酶根據需要將一個基因的DNA拷貝成mRNA，這個過程在真核生物和原核生物中是相似的。

與原核生物明顯不同的是，真核RNA聚合酶在轉錄過程中與mRNA加工酶結合，因此，真核生物的mRNA加工可以在轉錄開始後快速進行。短壽命的未加工或部分加工的轉錄產品稱為前體mRNA或pre-mRNA；一旦加工完全，它被稱為成熟mRNA。

mRNA的加工在真核生物、細菌和古細菌中差異很大。實質上，非真核mRNA在轉錄時是成熟的，除極少數情況外不需要加工。然而，真核pre-mRNA需要大量加工。

5’端加帽子：5‘ 帽（也稱為RNA帽，RNA 7-甲基鳥苷帽或RNA m7G帽）就是一個經修飾的鳥嘌呤核苷酸，在轉錄開始不久後就被添加到新產生的真核mRNA的“前”即5'末端。 5’帽由末端7-甲基鳥苷殘基組成，它通過5'-5'-三磷酸鍵與第一轉錄出的核苷酸連接。它的存在對於核糖體的識別和對mRNA的保護至關重要。

3’端加尾：是指聚腺苷酰基部分與mRNA分子的共價連接。在真核生物中，大多數信使RNA（mRNA）分子在3'末端被多聚腺苷酸化。Poly A尾巴和與其結合的蛋白質有助於保護mRNA免於被核酸外切酶降解。3’端加尾對於轉錄終止，從細胞核輸出mRNA和翻譯也很重要。 原核生物中的mRNA也常被3’端加尾，但此時的poly（A）尾巴促進而不是防止核酸外切酶對mRNA的降解。

真核生物和原核生物之間的另一個區別是mRNA的轉運。由於真核轉錄和翻譯是在不同的細胞器內進行的，真核mRNA必須從細胞核輸出到細胞質。 這一過程可能受不同信號通路的調節。成熟的mRNA通過其加工的修飾被識別，在結合帽結合蛋白CBP20和CBP80及轉錄/輸出複合物（TREX）後通過核孔被輸出到細胞質。

因為原核mRNA不需要加工或轉運，所以原核生物mRNA在核糖體的翻譯可以在轉錄結束後立即開始。因此，可以説原核生物的mRNA翻譯與轉錄偶聯發生。

已經加工並轉運至細胞質的真核mRNA（即成熟mRNA）在核糖體的翻譯發生在細胞質中自由漂浮的核糖體中，或者通過信號識別顆粒導向到的內質網中。因此，與原核生物不同，真核生物的mRNA翻譯不直接與轉錄偶聯。在某些情況下甚至可能發生這樣的情況，即mRNA水平的降低卻伴隨着蛋白質水平的增加。

同一細胞內的不同mRNA具有不同的壽命（穩定性）。在細菌細胞中，單個mRNA可以存活數秒至超過一小時，但平均壽命為1至3分鐘，因此，細菌mRNA的穩定性遠低於真核mRNA。哺乳動物細胞mRNA的壽命從幾分鐘到幾天不等。mRNA的穩定性越高，從該mRNA產生的蛋白質越多。 mRNA的有限壽命使細胞能夠快速改變蛋白質合成以響應其不斷變化的需求。有許多機制可導致mRNA的降解。

原核生物mRNA的降解是不同核糖核酸酶包括核酸內切酶，3'核酸外切酶和5'核酸外切酶的共同作用的結果。在一些情況下，長度為數十至數百個核苷酸的小RNA分子（sRNA）可通過與互補序列鹼基配對來促進RNase III對特定mRNA的降解。

真核細胞的翻譯和mRNA衰變之間存在着平衡。正在被翻譯的mRNA被核糖體，真核起始因子eIF-4E和eIF-4G以及poly（A）結合蛋白結合，不能接觸外泌體複合物，mRNA得到保護。mRNA的poly（A）尾巴被特異性外切核酸酶縮短，該核酸外切酶通過RNA上的順式調節序列和反式作用RNA結合蛋白的組合定位到特定mRNA。 Poly（A）尾巴被去除破壞了mRNA的環狀循環結構並降低了帽結合複合體的穩定性，導致mRNA會被外來體複合物或脱帽複合物降解。通過這種方式，可以快速降解翻譯不活躍的mRNA，而翻譯活躍的mRNA不受影響。

在後生生物中，由Dicer產生的小干擾RNA（siRNA）被整合到稱為RNA誘導沉默複合物（RISC）。該複合物含有內切核酸酶，切割與siRNA結合的完全互補的mRNA，產生的片段然後被核酸外切酶降解。 siRNA通常用於實驗室細胞培養中阻斷基因的功能。SiRNA被認為是病毒先天免疫系統的一部分，可以用於對雙鏈RNA病毒的防禦。

微小RNA（miRNA）是小RNA，通常與後生生物mRNA中的序列部分互補。 miRNA與mRNA的結合可以抑制該mRNA的翻譯並加速poly（A）尾部去除，從而加速mRNA降解。

真核細胞的mRNA分子最顯著的結構特徵是具有5’端帽子結構（m7G）和3’端的Poly(A)尾巴。絕大多數哺乳類動物細胞mRNA的3’端存在20-30個腺苷酸組成的Poly（A）尾，通常用Poly（A+）表示。這種結構為真核mRNA的提取，提供了極為方便的選擇性標誌，寡聚（dT）纖維素或寡聚（U）瓊脂糖親合層析分離純化mRNA的理論基礎就在於此。mRNA的分離方法較多，其中以寡聚（dT）-纖維素柱層析法最為有效，已成為常規方法。此法利用mRNA 3’末端含有Poly（A+）的特點，在RNA流經寡聚（dT）纖維素柱時，在高鹽緩衝液的作用下，mRNA被特異地結合在柱上，當逐漸降低鹽的濃度時或在低鹽溶液和蒸餾水的情況下，mRNA被洗脱，經過兩次寡聚（dT）纖維柱後，即可得到較高純度的mRNA。寡聚（dT）纖維素柱純化mRNA。

2020年12月，美國食品和藥物管理局(FDA)授權一款運用mRNA(信使核糖核酸)技術研製的新冠疫苗的緊急使用許可。 ^[2] 

2022年2月，南非一公司3日對當地媒體表示，該公司利用已公開的新冠疫苗核酸序列，開發出非洲大陸首款mRNA（信使核糖核酸）新冠疫苗，計劃今年底前開展臨牀試驗。 ^[8] 

南非當地時間2022年2月4日，據南非主流媒體報道，南非生物技術公司阿菲利根(Afrigen)日前已成功研製生產出非洲大陸首個mRNA新冠肺炎疫苗，該疫苗將於2022年11月正式投入臨牀試驗。 ^[9] 

2022年4月29日，斯微（上海）生物科技股份有限公司自主研發的新冠病毒mRNA疫苗已獲得國家藥監局批准，將開展臨牀試驗。 ^[11]