mRNA 的修饰方式有哪些？它们分别作用于哪些位置？
mRNA 修饰是基因表达调控的关键环节，通过改变结构影响其转运、翻译与降解。这些修饰分布于不同位置，5’ 端有帽子结构，3’ 端存在多聚腺苷酸化，内部还有甲基化等多种方式，共同调控 mRNA 生命周期。
5’ 端修饰：帽子结构（Cap）
mRNA 的 5’ 端修饰是转录起始后不久发生的关键事件，由一系列酶催化形成，核心功能是保护 mRNA 免受 5’→3’ 核酸酶降解，并促进翻译起始。
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帽子结构的核心组成
5’ 端第一个核苷酸（通常是鸟苷酸，G）通过 5’-5’ 三磷酸键与 mRNA 的第一个核苷酸连接（不同于常规的 3’-5’ 磷酸二酯键），形成 “GpppN” 结构（N 为 mRNA 的第一个编码核苷酸）。
鸟苷酸的第 7 位氮原子被甲基化（-CH₃），形成7 - 甲基鸟苷帽（m⁷G），这是所有帽子结构的共同特征。
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帽子的类型（基于甲基化程度）
**Cap 0：**仅 7 - 甲基鸟苷（m⁷G），第一个核苷酸的 2’-OH 未甲基化（常见于低等真核生物，如酵母）。
**Cap 1：**m⁷G + 第一个核苷酸的 2’-OH 甲基化（m⁷GpppNm，“Nm” 表示 2’-O - 甲基核苷酸），是高等真核生物（如哺乳动物）的主要帽子类型。
**Cap 2：**m⁷G + 第一个和第二个核苷酸的 2’-OH 均甲基化（m⁷GpppNmNm），存在于部分高等真核生物 mRNA 中，功能尚不完全明确。
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生物学功能
与帽结合蛋白（eIF4E）结合，介导核糖体小亚基组装，启动翻译。
阻止 5’→3’ 外切酶降解 mRNA，延长其半衰期。
促进 mRNA 从细胞核转运到细胞质。
3’ 端修饰：多聚腺苷酸化（Polyadenylation）
mRNA 的 3’ 端修饰是转录终止后通过 “切割 - 加尾” 过程形成的，核心是添加一段多聚腺苷酸（poly (A)）尾，长度通常为 50-250 个腺苷酸（A）。
01
形成机制
转录生成的前体 mRNA（pre-mRNA）在 3’ 端的特定位点（由 poly (A) 信号序列 “AAUAAA” 和下游 GU 富集序列界定）被内切酶切割。
由多聚腺苷酸聚合酶（PAP）催化，在切割后的 3’ 端添加连续的 A 残基，形成 poly (A) 尾。
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生物学功能
与 poly (A) 结合蛋白（PABP）结合，协同 5’ 端帽子结构稳定 mRNA（形成 “闭环” 结构），抑制 3’→5’ 外切酶降解。
增强翻译效率（PABP 与翻译起始因子相互作用）。
参与 mRNA 的核输出和细胞定位。
内部碱基修饰：甲基化
mRNA 的内部（编码区或非翻译区，UTR）碱基可发生甲基化修饰，其中**N⁶- 甲基腺苷（m⁶A）**是最常见且研究最深入的类型。
01
N⁶- 甲基腺苷（m⁶A）
**结构：**腺苷（A）的第 6 位氮原子被甲基化（-CH₃）。
**分布：**主要集中在 mRNA 的编码区（CDS）和 3’UTR，尤其在 “RRACH” 序列（R=A/G，H=A/C/U）中富集。
调控因子：
-
**甲基转移酶（Writers）：**如 METTL3/METTL14 复合物，负责催化 m⁶A 形成；
-
**去甲基化酶（Erasers）：**如 FTO、ALKBH5，可去除甲基，使修饰可逆；
-
**结合蛋白（Readers）：**如 YTHDF 家族，通过识别 m⁶A 调控 mRNA 的翻译或降解。
**功能：**影响 mRNA 剪接（如促进某些外显子 inclusion）；调控翻译效率（如 YTHDF1 结合 m⁶A 后增强翻译）；促进 mRNA 降解（如 YTHDF2 介导 mRNA 进入降解复合体）。
02
其他甲基化修饰
**N¹- 甲基腺苷（m¹A）：**腺苷第 1 位氮原子甲基化，主要位于 mRNA 的 5’UTR 和起始密码子附近，可能增强翻译起始。
**5 - 甲基胞嘧啶（m⁵C）：**胞嘧啶（C）第 5 位碳原子甲基化，分布于编码区和 3’UTR，功能与 mRNA 稳定性和翻译相关（如在肿瘤细胞中可能上调致癌基因翻译）。
**7 - 甲基鸟苷（m⁷G）：**除 5’ 端帽子外，内部 G 也可能被甲基化，参与 mRNA 的核输出和翻译调控。
假尿苷化（Pseudouridylation，Ψ）
假尿苷（Ψ）是尿苷（U）的异构体，由尿苷的糖苷键重排形成（尿嘧啶的 C5 与核糖的 C1 连接，而非常规的 N1）。
01
形成机制
由假尿苷合酶（PUS 家族）催化，无需模板，直接将 mRNA 中的 U 转化为 Ψ。
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功能
增强 mRNA 的稳定性（Ψ 比 U 更难被降解）；
改变 RNA 的二级结构（增加碱基配对能力），影响翻译效率；
在应激条件下（如热休克），mRNA 的假尿苷化可能上调应激相关蛋白的表达。
碱基编辑（Base Editing）
mRNA 的碱基编辑是指特定核苷酸被化学修饰后转变为另一种碱基，直接改变密码子信息，影响翻译产物。
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腺苷脱氨基编辑（A-to-I）
由腺苷脱氨酶（ADAR 家族）催化，将腺苷（A）脱氨基为肌苷（I）。
由于肌苷在翻译时被识别为鸟苷（G），可导致密码子改变（如 AUA→IUA→GUA，对应氨基酸从异亮氨酸变为缬氨酸）。
**例子：**谷氨酸受体（GluR）mRNA 的 A-to-I 编辑可改变通道的钙离子通透性，影响神经信号传导。
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胞嘧啶脱氨基编辑（C-to-U）
由胞嘧啶脱氨酶（APOBEC 家族）催化，将胞嘧啶（C）脱氨基为尿嘧啶（U）。
**例子：**载脂蛋白 B（ApoB）mRNA 的 C-to-U 编辑使密码子 CAA（谷氨酰胺）变为 UAA（终止密码子），产生短链 ApoB48（肠道中），而未编辑的 mRNA 翻译为长链 ApoB100（肝脏中）。
总结
mRNA 的修饰是动态且多样化的，从两端的帽子和 poly (A) 尾，到内部的甲基化、假尿苷化及碱基编辑，共同构成了复杂的调控网络。这些修饰不仅影响 mRNA 的生命周期，还在发育、疾病（如癌症、神经退行性疾病）中发挥关键作用，是当前分子生物学和医学研究的热点领域。