mRNA 稳定性和基因表达

mRNA 分子的结构和稳定性调节基因表达，因为 mRNA 是从基因到蛋白质的通路中的关键步骤。在真核生物中，mRNA 的半衰期从几分钟到几天不等。mRNA 稳定性在生长发育中至关重要。缺乏调节其稳定性的蛋白质，例如小鼠中的三四脯氨酸，会导致全身性问题，包括骨髓过度生长、炎症和自身免疫。

参与 mRNA 稳定性的顺式作用元件

mRNA 序列不仅编码蛋白质，还包含各种顺式作用区域，这些区域单独或在反式作用蛋白的帮助下调节 mRNA 稳定性。mRNA 的 5′ 端有一个 7-甲基鸟苷酸 （m⁷G） 帽，3′ 端有一个 poly-A 尾，两者都可以保护 mRNA 免受核酸外切酶的侵害。短于 15-20 个核苷酸的 poly-A 尾巴可导致 mRNA 脱帽和随后降解;因此，poly-A 尾的长度对 mRNA 的稳定性很重要。mRNA 的 5′ 和 3′ 非翻译区 （UTR） 包含各种序列，这些序列充当参与 mRNA 降解和稳定性的蛋白质的结合位点。5′ UTR 包含促进 5′ m⁷G 帽脱帽或去除的蛋白质结合区。一些 mRNA（尤其是半衰期少于 30 分钟的 mRNA）中的 3′ UTR 携带多个“AUUUA”重复序列，称为富含 AU 的序列。当 mRNA 不稳定蛋白与这些富含 AU 的序列结合时，它们会促进 mRNA 的快速脱腺苷化和降解。另一方面，当存在 mRNA 稳定蛋白时，它们会与不稳定蛋白竞争与富含 AU 的序列结合并降低 mRNA 的降解速率。其他一些 mRNA 也携带核酸内切酶的特异性识别序列。

m-RNA 降解的主要途径

mRNA 降解的最常见机制包括去除 3′ 末端 poly-A 尾部和 5′ m⁷G 帽。脱腺苷化，即从 poly-A 尾部去除腺嘌呤，可通过两种不同的机制导致 mRNA 降解。第一种机制涉及将 poly-A 尾缩短为少于 15-20 个核苷酸，这会破坏 mRNA 与其结合蛋白之间的结合。这会将 5′ m⁷G 帽暴露给脱帽酶 DCP1 和 DCP2。然后，在 5′ 至 3′ 核酸外切酶 XRN1 的帮助下，mRNA 的脱帽和无保护的 5′ 端可以降解。另一种降解机制包括腺苷酶完全去除 3′ poly-A 尾部，随后细胞质外泌体复合物在 3′ 至 5′ 方向上降解未受保护的 3′ 末端。5′ 至 3′ mRNA 降解是酵母中的主要途径，而 3′ 至 5′ mRNA 降解是哺乳动物细胞中的主要途径;然而，mRNA 也可以同时被两种机制降解。在某些 mRNA 中，脱腺苷化不是降解的先决条件。一种机制涉及 5′ 末端脱帽，然后使用核酸外切酶 XRN1 进行 5′ 至 3′ mRNA 降解。另一种较少观察到的降解途径涉及使用核酸内切酶对 mRNA 进行内部切割。然后，在 XRN1 和外泌体复合物的帮助下，断裂 mRNA 的新生无保护末端可以分别在 5′ 到 3′ 和 3′ 到 5′ 方向上轻松降解。