Transfected siRNAs and miRNAs regulate numerous transcripts that have only limited complementarity to the active strand of the RNA duplex. This process reflects natural target regulation by miRNAs, but is an unintended ("off-target") consequence of siRNA-mediated silencing. Here we demonstrate that this unintended off-target silencing is widespread, and occurs in a manner reminiscent of target silencing by miRNAs. A high proportion of unintended transcripts silenced by siRNAs showed 3' UTR sequence complementarity to the seed region of the siRNA. Base mismatches within the siRNA seed region reduced the set of original off-target transcripts but generated new sets of silenced transcripts with sequence complementarity to the mismatched seed sequence. An inducible shRNA silenced a subset of transcripts that were silenced by an siRNA of the same sequence, demonstrating that unintended silencing is sequence mediated and is independent of delivery method. In all cases, off-target transcript silencing was accompanied by loss of the corresponding protein and occurred with dependence on siRNA concentration similar to that of silencing of the target transcript. Thus, short stretches of sequence complementarity to the siRNA or shRNA seed region are key to the silencing of unintended transcripts.

Transfected siRNAs regulate numerous transcripts sharing limited complementarity to the RNA duplex. This unintended ("off-target") silencing can hinder the use of RNAi to define gene function. Here we describe position-specific, sequence-independent chemical modifications that reduced silencing of partially complementary transcripts by all siRNAs tested. Silencing of perfectly matched targets was unaffected by these modifications. The chemical modification also reduced off-target phenotypes in growth inhibition studies. Key to the modification was 2'-O-methyl ribosyl substitution at position 2 in the guide strand, which reduced silencing of most off-target transcripts with complementarity to the seed region of the siRNA guide strand. The sharp position dependence of 2'-O-methyl ribosyl modification contrasts with the broader position dependence of base-pair substitutions within the seed region, suggesting a role for position 2 of the guide strand distinct from its effects on pairing to target transcripts.

microRNAs (miRNAs) are abundant, approximately 21-nucleotide, noncoding regulatory RNAs. Each miRNA may regulate hundreds of mRNA targets, but the identities of these targets and the processes they regulate are poorly understood. Here we have explored the use of microarray profiling and functional screening to identify targets and biological processes triggered by the transfection of human cells with miRNAs. We demonstrate that a family of miRNAs sharing sequence identity with miRNA-16 (miR-16) negatively regulates cellular growth and cell cycle progression. miR-16-down-regulated transcripts were enriched with genes whose silencing by small interfering RNAs causes an accumulation of cells in G(0)/G(1). Simultaneous silencing of these genes was more effective at blocking cell cycle progression than disruption of the individual genes. Thus, miR-16 coordinately regulates targets that may act in concert to control cell cycle progression.

AbstractmicroRNAs in the miR-106b family are overexpressed in multiple tumor types and are correlated with the expression of genes that regulate the cell cycle. Consistent with these observations, miR-106b family gain of function promotes cell cycle progression, whereas loss of function reverses this phenotype. Microarray profiling uncovers multiple targets of the family, including the cyclin-dependent kinase inhibitor p21/CDKN1A. We show that p21 is a direct target of miR-106b and that its silencing plays a key role in miR-106b-induced cell cycle phenotypes. We also show that miR-106b overrides a doxorubicin-induced DNA damage checkpoint. Thus, miR-106b family members contribute to tumor cell proliferation in part by regulating cell cycle progression and by modulating checkpoint functions. ACKNOWLEDGMENTSWe thank the Rosetta Inpharmatics Gene Expression Lab for microarray analysis, Rosetta Biosoftware for data analysis software, and members of the Cancer Biology Department for invaluable discussions and support. We thank James Roberts, Fred Hutchinson Cancer Research Center, for advice and critical reading of the manuscript.Rosetta Inpharmatics LLC is a wholly owned subsidiary of Merck & Co., Inc.SUPPLEMENTAL MATERIALSupplemental material for this article may be found at http://mcb.asm.org/ .

Large-scale RNA interference (RNAi)-based analyses, very much as other 'omic' approaches, have inherent rates of false positives and negatives. The variability in the standards of care applied to validate results from these studies, if left unchecked, could eventually begin to undermine the credibility of RNAi as a powerful functional approach. This Commentary is an invitation to an open discussion started among various users of RNAi to set forth accepted standards that would insure the quality and accuracy of information in the large datasets coming out of genome-scale screens. Please visit methagora to view and post comments on this article

RNA interference (RNAi), mediated by short interfering RNAs (siRNAs), is widely used to silence gene expression and to define gene function in mammalian cells. Initially, this gene silencing via transcript degradation was believed to be exquisitely specific, requiring near-identity between the siRNA and the target mRNA. However, several recent reports have suggested that non-specific effects can be induced by siRNAs, both at the level of mRNA and protein. These findings suggest that siRNAs can regulate the expression of unintended targets, and argue for further experiments on the mechanism and extent of off-target gene regulation(s). In the meantime, caution is warranted in interpreting gene function and phenotypes resulting from RNAi experiments.

Abstract Cell cycle arrest in response to DNA damage is an important antitumorigenic mechanism. MicroRNAs (miRNAs) were recently shown to play key regulatory roles in cell cycle progression. For example, miR-34a is induced in response to p53 activation and mediates G1 arrest by down-regulating multiple cell cycle–related transcripts. Here we show that genotoxic stress promotes the p53-dependent up-regulation of the homologous miRNAs miR-192 and miR-215. Like miR-34a, activation of miR-192/215 induces cell cycle arrest, suggesting that multiple miRNA families operate in the p53 network. Furthermore, we define a downstream gene expression signature for miR-192/215 expression, which includes a number of transcripts that regulate G1 and G2 checkpoints. Of these transcripts, 18 transcripts are direct targets of miR-192/215, and the observed cell cycle arrest likely results from a cooperative effect among the modulations of these genes by the miRNAs. Our results showing a role for miR-192/215 in cell proliferation combined with recent observations that these miRNAs are underexpressed in primary cancers support the idea that miR-192 and miR-215 function as tumor suppressors. [Cancer Res 2008;68(24):10105–12]