在所有细胞中，转录的机制基本是相同的 – 转录是通过RNA聚合酶来进行。真核生物细胞包含三种RNA聚合酶，它们转录不同种类的基因。此外，真核生物细胞RNA聚合酶需要与多种其他的蛋白质相互作用以启动转录。
Dara | 编 辑
真核生物细胞包含三种不同的RNA聚合酶，它们转录不同种类的基因 (请参看以下表1)。编码蛋白质的基因由RNA聚合酶II转录生成mRNA。RNA聚合酶II还转录微小RNA (microRNA, miRNA) 和长链非编码RNA (long noncoding RNA, lncRNA)，lncRNA是真核生物细胞中基因表达的关键调控因子。核糖体RNA (ribosomal RNA, rRNA) 和转运RNA (transfer RNA, tRNA) 由RNA聚合酶I和III转录。RNA聚合酶I专门用来转录三种最大的rRNA，28S、18S和5.8S，这是根据它们在离心过程中不同的沉降速率命名的。
RNA聚合酶III转录tRNA和最小种类的rRNA (5S rRNA) 的基因。一些参与RNA剪接和蛋白质转运的核内小RNA (small nuclear RNA, snRNA) 以及细胞质小RNA (small cytoplasmic RNA, scRNA) 是由RNA聚合酶III转录，而另一些snRNA和scRNA则由RNA聚合酶II转录。另外，在线粒体中发现了独立的RNA聚合酶 (类似于细菌的RNA聚合酶)，它们专门转录线粒体的DNA。
起初，TATA盒被认为是RNA聚合酶II转录的基因启动子的一种普遍特征。然而，最近的全基因组研究表明，TATA盒仅占RNA聚合酶II转录的基因启动子中的10-20%。此外，其他的特殊序列包括起始因子 (Initiator Elements, Inr)，Inr序列跨越转录起始位点；TFIIB识别序列 (TFIIB Recognition Elements, BRE)，位于转录起始位点的上游；以及位于转录起始位点下游的几个启动子序列 (DCE、MTE和DPE)。
第二步是第二个基本转录因子 ：TFIIB 得到募集，TFIIB与TBP和BRE相结合。然后，TFIIB作为RNA聚合酶II的桥梁，使后者结合到TBP-TFIIB复合物上，并与第三个基本转录因子TFIIF结合。
接着，与另外两个基本转录因子 (TFIIE和TFIIH) 的结合完成了起始前复合物的整合。TFIIH是一个多亚基因子，至少扮演两个重要角色。
首先，TFIIH的两个亚基是解旋酶，它们解开起始位点周围的DNA。TFIIH的另一个亚基是蛋白激酶，使RNA聚合酶II最大亚基C端结构域的重复序列被磷酸化。这个RNA聚合酶II的C端结构域由7个氨基酸组成的串联重复序列 (人类有52个重复) 所组成，其序列为：酪氨酸 – 丝氨酸 – 脯氨酸 – 苏氨酸 – 丝氨酸 – 脯氨酸 – 丝氨酸 (tyr - ser - pro - thr - ser - pro – ser)。在这个C端结构域重复序列中，由TFIIH蛋白激酶磷酸化的丝氨酸-5 (第5个氨基酸) 将RNA聚合酶II从其起始前复合物中释放出来，开始转录。
磷酸化的C端结构域结合其他蛋白质，促进转录的延长。在mRNA加工过程中起作用的蛋白质也会结合到C端结构域上，并在转录过程中随RNA聚合酶II一起移动。
在真核生物细胞中，细胞核内合成的mRNA必须首先运送到细胞质，才能被作为蛋白质合成的模板。此外，真核生物细胞中初始转录产物从细胞核被运送到细胞质之前被广泛加工，使其成为成熟的mRNA。然后，mRNA分子被运送到细胞质，翻译，并最终降解。mRNA的加工过程主要包括初始转录产物两端的修饰，以及从中间部分去除内含子。
mRNA加工的第一步：在初始转录产物的5’端添加一个7-甲基鸟苷帽状结构来进行修饰。在转录开始后，负责添加这个帽状结构的酶被募集到磷酸化的C端结构域附近，在mRNA的前20-30个核苷酸转录后，帽状结构被添加：首先，mRNA的5'端核苷酸添加了一个鸟苷三磷酸 (GTP) 。然后甲基被加到这个鸟嘌呤碱基上。5 '帽状结构的功能如下：1. 稳定mRNA，防止其被降解；2. 在翻译过程中在核糖体上使mRNA成为一条直线，易于翻译。
mRNA加工的第二步：3’ 端多腺苷酸化 (polyadenylation)。大多数真核生物细胞mRNA的3 '端不是由转录终止密码子定义的，而是由初始转录产物3’端的切除并添加poly (A) 尾状结构来定义的，这一过程被称为多腺苷酸化。mRNA中某些特定的序列被蛋白质复合物识别，包括一种切除RNA链的核酸内切酶和一种单独的poly (A) 聚合酶，poly (A) 聚合酶在初始转录产物上添加一个约200个核苷酸的poly (A) 尾状结构。真核生物细胞中几乎所有的mRNA都是多腺苷酸化的，而poly (A) 尾状结构被证明可以调节翻译和保证mRNA的稳定性。
mRNA加工的第三步 (最显著的修饰)：剪接去除内含子。大多数真核生物细胞的基因中包含非编码序列 (内含子)，也就是说外显子被内含子所打断。成熟的mRNA需要将这些内含子精确切除。在哺乳动物中，大多数基因包含多个内含子。通常，初始转录产物中内含子的序列数量比外显子多10倍。
研究显示，初始转录产物的整个剪接分为两个过程：
第一步：初始转录产物在5 '端剪接位点被剪切，内含子的5 '端与内含子靠近3’端的一个腺嘌呤核苷酸 (A) 连接，也就是内含子的5 '端和腺嘌呤核苷酸 (A) 的2 '羟基连接，形成一个类似套索结构的中间体，内含子在其中形成一个环；
第二步：在3 '剪接位点进行剪切，去除这个类似套索结构的中间体，并连接两个外显子，然后这个类似套索结构的中间体在细胞核内还原成线性结构并被降解。剪接这个过程最大的特点是所谓的”选择性剪接”(Alternative splicing)。由于大多数的初始转录产物中包含多个内含子，通过5 '端和3 '端剪接位点的不同组合，可以从同一基因产生不同的成熟mRNA (因此也产生多种蛋白质)。
所以，通过不同组合连接外显子为基因表达的调控提供了一种新的方法。例如，几乎所有的人类基因都会产生多种可供选择性剪接的初始转录产物。许多可供选择性剪接的的初始转录产物可编码不同种类的蛋白质，因此这种方式使人类所有的大约2万个基因编码的蛋白质多样性显著增加。此外，选择性剪接还会影响mRNA的翻译或稳定性。由于选择性剪接的模式在不同的组织会有不同，选择性剪接为组织特异性基因表达调控提供了重要机制。
上述介绍的是mRNA加工过程中主要步骤。另外一种mRNA加工的过程是RNA编辑，这是RNA加工的独特过程 (不同于剪接)，它指的是特定的一些mRNA的蛋白质编码序列的改变。哺乳动物细胞核mRNA的编辑主要指的是碱基修饰反应导致的单碱基的改变。具体说来包括胞嘧啶脱氨基作用形成尿嘧啶，以及腺嘌呤脱氨基作用形成肌苷。
上文详细讨论了mRNA加工步骤，形成成熟的mRNA。然后这些成熟的mRNA被运送到细胞质并指导蛋白质的合成。RNA分子在细胞质中的降解被认为是其加工过程中的最后阶段。rRNA和tRNA都很稳定，这种稳定性在很大程度上解释了为什么这些RNA在真核生物细胞中的高水平 (超过所有RNA的90%)。
关于mRNA，在真核生物细胞中，不同的mRNA以不同的速率降解，为基因表达的调控提供了一种其它方法。哺乳动物细胞中mRNA的半衰期从不到30分钟到约20小时不等。不稳定的mRNA经常是那些编码调节蛋白的mRNA，其细胞内水平会因外界环境刺激而迅速变化。相比之下，编码结构蛋白或代谢酶的mRNA一般有较长的半衰期。
mRNA的5 '端和3 '端分别通过添加5 '端帽状结构和3’端多腺苷酸化来防止mRNA的降解，大多数真核生物细胞mRNA在细胞质的降解首先开始的是缩短其3’端poly (A) 尾状结构。然后，mRNA被核酸酶降解，核酸酶可沿3 '端 → 5’端起作用降解 (3’ → 5’ degradation)；或者先去除5 '帽状结构，然后核酸酶从5 '端 → 3’端起作用降解 (5’ → 3’ degradation)。
快速降解的mRNA通常在其3 '端附近含有丰富的特定的AU序列，这些序列作为蛋白质的结合位点，可结合靶向降解它们的核酸酶。这些mRNA结合蛋白的活性受细胞外信号的调控，如生长因子和激素等。另外，许多mRNA的降解受到miRNA的调控，miRNA加速mRNA降解，同时抑制蛋白质的翻译。
本文详细介绍了mRNA的转录机制：RNA聚合酶及其转录的基因种类，mRNA转录的起始及基本转录因子、mRNA的加工 (5’端加帽 → 3’端多腺苷酸化 → 剪接去除内含子 → RNA编辑) 以及加工最后的阶段：mRNA的降解。下一篇将会详细介绍mRNA/mRNA疫苗在细胞质的翻译。
Source: Molecular Biology of the Cell (sixth edition)
