mRNA 5' cap yapısı, ökaryotik gen ifadesinin düzenlenmesinde translasyon başlatma verimliliğini ve mRNA kararlılığını belirleyen kritik bir modifikasyondur. Bu yapının mekanistik anlaşılması, mRNA terapötiklerinin (COVID-19 aşıları dahil) optimizasyonunda doğrudan uygulamaya dönüşmüştür. mRNA 5' cap yapısı, 5'-triphosphate köprüsüyle 7-metilguanosinden (m⁷G) oluşur. Bu yapıda olağandışı olan, guanozinin 5' ucuna 5'-5' trifosfat bağıyla eklenmesidir, RNA zincirinin normal 5'→3' yöneliminin aksine. Sentez nükleus içinde, RNA polimeraz II transkriptine ilk 20-30 nükleotid eklendikten sonra gerçekleşir. Üç enzim adımla çalışır: 1. RNA trifosfataz: 5' uçtaki gamma fosfatı kaldırır 2. Guanililtransferaz: GMP ekler 3. Guanin-7-metiltransferaz: SAM (S-adenozilmetionin) kullanarak N-7 pozisyonunu metile eder Bu temel yapı Cap-0 olarak adlandırılır. Yüksek ökaryotlarda cap'e bitişik birinci ve ikinci nükleotidin 2'-O-metilasyonu Cap-1 ve Cap-2'yi oluşturur. Bu ek metilasyonlar doğuştan gelen bağışıklık sistemi sensörlerinden (özellikle IFIT proteinleri ve RIG-I) kaçış için gereklidir; viral mRNA'lardan ayrımı bu noktada sağlanır. mRNA 5' cap yapısının translasyona katkısı iki kanaldan akar: 1. **Başlatma:** Başlatma faktörü eIF4E, m⁷G cap'e bağlanır; ardından eIF4G ve eIF4A ile eIF4F kompleksini oluşturur. Bu kompleks 43S pre-başlatma kompleksinin mRNA'ya yüklenmesini sağlar ve 5'→3' tarama başlar. 2. **Kararlılık:** Cap, 5'→3' ekzonükleaz Xrn1 tarafından RNA'nın parçalanmasını engeller. Decapping enzimi (Dcp1/Dcp2 kompleksi) cap'i kaldırdığında mRNA degradasyona açık hale gelir. mRNA terapötiklerinde cap optimizasyonu doğrudan protein çıktısını etkiler. Sentetik Cap-1 analogları (örneğin CleanCap teknolojisi) doğal 2'-O-metilasyonu içerdiğinden hem translasyon verimliliği hem de immün kaçış açısından avantaj sağlar. Klinik mRNA ürünlerinde m⁷G yerine kullanılan modifiye cap analoglarının translasyon verimini %2-4 kat artırabildiği gösterilmiştir. Poly-A kuyruğu cap yapısıyla işlevsel olarak koordineli çalışır: PABP (Poly-A Binding Protein), eIF4G ile etkileşerek mRNA döngüselleşmesini sağlar. Bu döngü, ribozomların tekrarlı translasyon turları için ribozom geri dönüşümünü kolaylaştırır ve mRNA kararlılığını pekiştirir.