信使核糖核酸

信使核糖核酸（英语：messenger ribonucleic acid，缩写：mRNA），是由DNA经由转录而来，带著相应的遗传讯息，为下一步转译成蛋白质提供所需的讯息。在细胞中，mRNA从合成到被降解，经过了数个步骤。在转录的过程中，第二型RNA聚合酶（RNA polymerase II）从DNA中复制出一段遗传讯息到前mRNA（尚未经过修饰或是部分经过修饰的mRNA，英文pre-messenger RNA，简称pre-mRNA，或是heterogeneous nuclear RNA，简称hnRNA）上。在原核生物中，除了5'加帽之外mRNA并未被进一步处理（但有些罕有的特例），而经常是边转录边转译。在真核生物中，转录跟转译发生在细胞的不同位置，转录发生在储存DNA的细胞核中，而转译是发生在细胞质中。不过，曾有研究学者认为真核生物亦有边转录边转译的现象^[1]，只是这个观点未被广泛接受。

mRNA在真核细胞中的交互作用。Pre-mRNA经由转录被创造出来；在经过增加5'端帽、剪接和加上多聚腺苷酸尾链之后成为mRNA，被运送到细胞质，然后由核糖体进行转译产生蛋白质。

转录后修饰

主条目：转录后修饰

在真核生物中，mRNA在准备好转译前需要经过多个处理步骤：

1. 首先pre-mRNA需要加上一个5'端帽（capping）--经过甲基化（methylation）修饰的鸟嘌呤被加到mRNA的3'端。这个5'端帽对于mRNA运输到细胞质并与之后接到适当的核糖体，以及mRNA本身的稳定是相当重要的。mRNA如果缺乏5'端帽，则很容易就被降解掉。而mRNA由5'到3'的降解亦是由移除5'端帽开始。
2. mRNA剪接（mRNA splicing）--mRNA前体去除掉内含子而保留外显子的修饰过程。通常mRNA前体能经由数种不同的剪接方式，产生不同组态／型式的mRNA，使一段基因在不同的组织或发育过程中能经过转录-剪接-转译后产生不同型式的蛋白质，进而拥有不同的作用，或是产生出稳定性差的mRNA达到调控基因表达的目的。这种剪接型态叫做选择性剪接。绝大部分mRNA的剪接都是由剪接体所执行，只有少数例外，例如histone mRNA没有内含子，但是其pre-mRNA却需要经由另外的剪接方式才能产生成熟mRNA^[2]。以上所述为分子内剪接（cis-splicing），而mRNA剪接作用亦可发生在不同mRNA分子之间（trans-splicing），后者常见于原生生物的mRNA剪接^[3]。除了mRNA之外，有些RNA分子也有能力催化自身的修剪，例如核酸酶会做自我切除，而第I或第II型外显子在特殊环境下可以不借由蛋白质酵素的作用而进行剪接，称为自剪接作用。
3. 多聚腺苷酸化（polyadenylation）--借由酵素多聚腺苷酸聚合酶（poly(A) + polymerase），在mRNA前体的3'端上加上了一段数个腺嘌呤序列（通常是数百个），（这项修饰并不会出现在原核生物中）。这段多聚腺苷酸尾链在转录的时候，会因为mRNA上一段特殊的讯息，AAUAAA，而在mRNA后方特定位置上加上多聚腺苷酸尾链。多聚腺苷酸尾链会被多聚腺苷酸结合蛋白（poly(A) + tail-binding protein, PABP）辨识并保护住。这段AAUAAA讯号的重要性可以从以下这个例子看出：当要转录时，DNA分子上的AATAAA片段如果产生突变，将会导致某些血红素缺陷^[4]。另外，对于部分histone mRNA而言，此过程是不被需要的^[2]。改变tRNA对mRNA上密码子的识别，更可能改变了蛋白质上胺基酸的组成。

多聚腺苷酸化（polyadenylation）能增加转录的半生期，使得mRNA在细胞中的存在时间能延长得久一些，因此能再转译出更多的蛋白质。

在pre-mRNA在被修饰过之后（包含RNA剪接及加上5'端帽与3'端上多聚腺苷酸尾），形成成熟的mRNA，从而可准备进行转译。成熟mRNA从细胞核被送出到细胞质中，然后核糖体结合在其上，开始转译出蛋白质^[5]。随著时间进行，mRNA的多聚腺苷酸尾会被专门的外切核酸酶缩短，而5'端帽也可能被除去，使得该聚合物易受到核酸外切酵素的影响而被降解^[6]。

成熟真核细胞的mRNA的结构。一个完整的mRNA包括有5'端帽、5'非翻译区、编码区、3'非翻译区和poly(A)尾链。

非编码区／未翻译区

在RNA起始密码子之前，与终止密码子（stop codon）之后，各有一段非编码区，各被称作5'UTR与3'UTR，（5'与3'非编码区，因为DNA与RNA分子都是由5'端到3'端，也就是说这些区域是在RNA分子的两端）是属于不转译出蛋白质的序列。然而，这些区域的重要性在于它们的序列有可能借由这些区域与不同的RNA结合蛋白（RNA-binding protein）结合，进而改变在细胞中的位置、决定mRNA的半生期，以及对细胞受到刺激时的反应而生的转译调控。这些都是与细胞调控本身的活性有关。

在UTRs上的某些蛋白质复合物不仅能影响RNA的稳定度，也能促进转译效率或是抑制转译，这多是依据位在UTRs上的序列而定。有些在UTR上的基因遗传的变异也会造成上述的RNA稳定度或是转译效率的改变。^[7]

一些包含在UTRs的功能性序列，常能形成一些有特性的二级结构，这些造成二级结构也牵扯到调节mRNA本身。某些序列，像是SECIS,是蛋白质结合区^{[来源请求]}。其中一类的mRNA元素，riboswitches，能直接结合上小分子，改变了mRNA自身的折叠结构，也影响了转录或是转译作用^{[来源请求]}。另外，有些mRNA的3'UTR含有AU-rich elemnet（ARE），能影响到mRNA的半生期^{[来源请求]}。换句话说，mRNA分子可以进行自我调控。

mRNA密码子与氨基酸的对应

氨基酸生化性质

非极性

极性

碱性

酸性

终止密码子

标准遗传密码

碱基1	碱基2								碱基3
	U		C		A		G
U	UUU	（Phe/F） 苯丙氨酸	UCU	（Ser/S） 丝氨酸	UAU	（Tyr/Y） 酪氨酸	UGU	（Cys/C） 半胱氨酸	U
	UUC		UCC		UAC		UGC		C
	UUA	（Leu/L） 亮氨酸	UCA		UAA[B]	终止（赭石）	UGA[B]	终止（蛋白石）	A
	UUG		UCG		UAG[B]	终止（琥珀）	UGG	（Trp/W）色氨酸	G
C	CUU		CCU	（Pro/P） 脯氨酸	CAU	（His/H） 组氨酸	CGU	（Arg/R） 精氨酸	U
	CUC		CCC		CAC		CGC		C
	CUA		CCA		CAA	（Gln/Q） 谷氨酰胺	CGA		A
	CUG		CCG		CAG		CGG		G
A	AUU	（Ile/I） 异亮氨酸	ACU	（Thr/T） 苏氨酸	AAU	（Asn/N） 天冬酰胺	AGU	（Ser/S） 丝氨酸	U
	AUC		ACC		AAC		AGC		C
	AUA		ACA		AAA	（Lys/K） 赖氨酸	AGA	（Arg/R） 精氨酸	A
	AUG[A]	（Met/M） 甲硫氨酸	ACG		AAG		AGG		G
G	GUU	（Val/V） 缬氨酸	GCU	（Ala/A） 丙氨酸	GAU	（Asp/D） 天冬氨酸	GGU	（Gly/G） 甘氨酸	U
	GUC		GCC		GAC		GGC		C
	GUA		GCA		GAA	（Glu/E） 谷氨酸	GGA		A
	GUG		GCG		GAG		GGG		G

^A 密码子AUG同时编码甲硫氨酸并作为起始点：在信使RNA的编码区里，首个ATG的出现标志着蛋白质翻译的开始。^[8]

^{B ^ ^ ^} 标示终止密码子为琥珀、赭石和蛋白石的历史原因可在悉尼·布伦纳（Sydney Brenner）的自传^[9]和鲍勃·埃德加（Bob Edgar）的一篇历史性文章中找到。^[10]

反义RNA

在许多真核生物中，当反义RNA上的碱基与基因的某段mRNA互补时，反义RNA（anti-sense RNA）可以抑制转译。反义RNA存在于细胞中之时，其互补的基因就不会合成蛋白质。这也许是一种对抗反转录转座子或病毒复制的一种机制（retrotransposons是以双股RNA作中介状态的转座子），因为这两者都能使用双链RNA当中介物。在生物化学的研究中，借由使用一段反义mRNA使得标靶mRNA无法作用（RNA干扰），这种方法已经被广泛用于研究基因的功能；例如利用RNA干扰技术，秀丽隐杆线虫中所有基因的作用几乎已经被研究完了。

参考文献

1. Iborra FJ, Jacson DA, Cook PR. Coupled transcription and translation within nuclei of mammalian cells. Science. 2001, 293 (5532): 1139–42. PMID 11423616.
2. William F. Marzluff, Eric J. Wagner & Robert J. Duronio. Metabolism and regulation of canonical histone mRNAs: life without a poly(A) tail. Nature Reviews Genetics. November 2008, 9 (11): 843–854. PMC 2715827 . PMID 18927579. doi:10.1038/nrg2438.
3. Glanz, Stephanie; KĂźck, Ulrich. Trans-splicing of organelle introns - a detour to continuous RNAs. BioEssays (Wiley-Blackwell). 2009, 31 (9): 921–934 [2017-02-28]. doi:10.1002/bies.200900036.
4. Higgs DR, Goodbourn SE, Lamb J, Clegg JB, Weatherall DJ, Proudfoot NJ. Alpha-thalassaemia caused by a polyadenylation signal mutation. Nature. 1983, 306 (5941): 398–400. PMID 6646217.
5. Berg, Tymoczko & Stryer 2007，第841页 harvnb模板错误: 无指向目标: CITEREFBergTymoczkoStryer2008 (帮助)
6. Sachs, Alan B. Messenger RNA degradation in eukaryotes. Cell (Elsevier BV). 1993, 74 (3): 413–421 [2017-02-28]. doi:10.1016/0092-8674(93)80043-e.
7. Lu YF, Mauger DM, Goldstein DB, Urban TJ, Weeks KM, Bradrick SS. IFNL3 mRNA structure is remodeled by a functional non-coding polymorphism associated with hepatitis C virus clearance. Scientific Reports. Nov 2015, 5: 16037. PMID 26531896. doi:10.1038/srep16037.
8. Nakamoto T. Evolution and the universality of the mechanism of initiation of protein synthesis. Gene. March 2009, 432 (1–2): 1–6. PMID 19056476. doi:10.1016/j.gene.2008.11.001.
9. Brenner S. A Life in Science (2001) Published by Biomed Central Limited ISBN 0-9540278-0-9 see pages 101-104
10. The genome of bacteriophage T4: an archeological dig. Genetics. 2004, 168 (2): 575–82. PMC 1448817 . PMID 15514035.

参见

• RNA干扰（RNAi）
• 美国莫德纳生技公司
• mRNA疫苗