Abstract Alzheimer’s disease (AD) is characterized by progressive neurodegeneration, but the specific events that cause cell death remain poorly understood. Death Induced by Survival gene Elimination (DISE) is a cell death mechanism mediated by short (s) RNAs acting through the RNA induced silencing complex (RISC). DISE is thus a form of RNA interference, in which G-rich 6mer seed sequences in the sRNAs (position 2-7) target hundreds of C-rich 6mer seed matches in genes essential for cell survival, resulting in the activation of cell death pathways. Here, using Argonaute precipitation and RNAseq (Ago-RP-Seq), we analyze RISC-bound sRNAs to quantify 6mer seed toxicity in several model systems. In mouse AD models and aging brain, in induced pluripotent stem cell-derived neurons from AD patients, and in cells exposed to Aβ42 oligomers, RISC-bound sRNAs show a shift to more toxic 6mer seeds compared to controls. In contrast, in brains of “SuperAgers”, humans over age 80 who have superior memory performance, RISC-bound sRNAs are shifted to more nontoxic 6mer seeds. Cells depleted of nontoxic sRNAs are sensitized to Aβ42-induced cell death, and reintroducing nontoxic RNAs is protective. Altogether, the correlation between DISE and Aβ42 toxicity suggests that increasing the levels of nontoxic miRNAs in the brain or blocking the activity of toxic RISC-bound sRNAs could ameliorate neurodegeneration.

Abstract 6mer seed toxicity is a novel anti-cancer mechanism that kills cancer cells by triggering death induced by survival gene elimination (DISE). It is based on si- or shRNAs with a specific G-rich nucleotide composition in position 2-7 of their guide strand. An arrayed screen of 4096 6mer seeds on two human and two mouse cell lines identified a consensus GGGGGC as the most toxic seed. After testing two more cell lines, one human and one mouse, we found that the GGGGGC seed while also toxic to murine cells, is more toxic to human cells, suggesting that the evolution to use of Gs as part of the toxic seeds is still slowly evolving, with Gs more common in the human toxic seeds. While new RNA Seq and bioinformatics analyses suggest that the GGGGGC seed is toxic to cancer cells by targeting GCCCCC seed matches in the 3’ UTR of a set of genes critical for cell survival, we now directly confirm this by identifying a number of genes targeted by this seed. Furthermore, by using a luciferase reporter fused to the 3’ UTR of these genes we confirm direct and specific on-targeting of GCCCCC seed matches. Targeting is strongly attenuated after mutating the GCCCCC seed matches in these 3’ UTRs. Our data confirm that an siRNA containing the GGGGGC seed kills cancer cells through its miRNA like activity and points at artificial miRNAs, si- or shRNAs containing this seed as a potential new cancer therapeutics.

ABSTRACT micro(mi)RNAs are (18-22nt long) noncoding short (s)RNAs that suppress gene expression by targeting the 3’ untranslated region of target mRNAs. This occurs through the seed sequence located in position 2-7/8 of the miRNA guide strand, once it is loaded into the RNA induced silencing complex (RISC). G-rich 6mer seed sequences can kill cells by targeting C-rich 6mer seed matches located in genes that are critical for cell survival. This results in induction of Death Induced by Survival gene Elimination (DISE), also referred to as 6mer seed toxicity. miRNAs are often quantified in cells by aligning the reads from small (sm)RNA sequencing to the genome. However, the analysis of any smRNA Seq data set for 6mer seed toxicity requires an advanced workflow, solely based on the exact position 2-7 of any sRNA that can enter the RISC. Therefore, we developed SPOROS, an automated pipeline that produces multiple useful outputs to compare 6mer seed toxicity of all cellular sRNAs, regardless of their nature, between different samples. We provide two examples to illustrate the capabilities of SPOROS: Example one involves the analysis of RISC-bound sRNAs in a cancer cell line (either wild-type or two mutant lines unable to produce most miRNAs). Example two is based on a publicly available smRNA Seq data set from postmortem brains (either from normal or Alzheimer’s patients). Our methods are designed to be used to analyze a variety of smRNA Seq data in various normal and disease settings.

Abstract Alzheimer’s disease (AD) is characterized by progressive neurodegeneration, but the specific events that cause cell death remain poorly understood. Death Induced by Survival gene Elimination (DISE) is a cell death mechanism mediated by short (s) RNAs acting through the RNA-induced silencing complex (RISC). DISE is thus a form of RNA interference, in which G-rich 6mer seed sequences in the sRNAs (position 2-7) target hundreds of C-rich 6mer seed matches in genes essential for cell survival, resulting in the activation of cell death pathways. Here, using Argonaute precipitation and RNAseq (Ago-RP-Seq), we analyze RISC-bound sRNAs to quantify 6mer seed toxicity in several model systems. In mouse AD models and aging brain, in induced pluripotent stem cell-derived neurons from AD patients, and in cells exposed to Aβ42 oligomers, RISC-bound sRNAs show a shift to more toxic 6mer seeds compared to controls. In contrast, in brains of “SuperAgers”, humans over age 80 who have superior memory performance, RISC-bound sRNAs are shifted to more nontoxic 6mer seeds. Cells depleted of nontoxic sRNAs are sensitized to Aβ42-induced cell death, and reintroducing nontoxic RNAs is protective. Altogether, the correlation between DISE and Aβ42 toxicity suggests that increasing the levels of nontoxic miRNAs in the brain or blocking the activity of toxic RISC-bound sRNAs could ameliorate neurodegeneration.