In eukaryotic organisms, introns are universally present and constitute a distinctive feature. Following RNA transcription, pre-mRNAs undergo an intron-splicing process, leading to the removal of introns in the form of a lariat. These excised introns are targeted by exonucleases and degraded following debranching, leading to their classification as gene expression byproducts. We found that the deficiency of intron debranching enzyme DBR1 can induce the accumulation of lariat-form introns in cells. The accumulated lariat-form introns then form double-stranded RNA (dsRNA) structure based on Alu sequences that they are hosting, which binds with protein kinase R (PKR) and induces cell apoptosis, which can be a potential cancer therapeutics. Furthermore, we found that dsRNA structure formed by lariat-form introns preferentially activated PKR over other dsRNA sensors such as melanoma-differentiation-associated protein 5 (MDA5) and retinoic acid-inducible gene I (RIG-I), which results in weak induction of cellular interferon responses. By optimizing in vitro binding experiments with FLAG-tagged PKR and MDA5 and shape-retained (lariat) or debranched (linear) intronic RNAs, we analyze specific RNA intron species that bind to each dsRNA sensor by RNA sequencing.
인트론은 진핵생물에서 보편적으로 존재하며 독특한 특징을 띄고 있다. RNA 전사 후, pre-mRNA는 인트론 스플라이싱 과정을 거쳐 고리 형태의 인트론을 제거하여 배출한다. 이렇게 배출된 인트론은 탈분지 이후 엑소뉴클레아제의 표적이 되어 분해되므로 유전자 발현 과정에서 발생하는 부산물로 분류된다. 본 논문은 인트론 탈분지 효소 DBR1의 결핍이 세포에 고리 형태 인트론의 축적을 유도할 수 있음을 발견하였다. 이렇게 축적된 올가미 형태 인트론은 내부에 포함된 Alu 서열을 기반으로 이중나선 RNA (dsRNA) 구조를 형성하며, 이는 단백질 키나이제 R (PKR)과 결합하여 세포 사멸을 유도해, 암 치료제로써 활용될 가능성이 있다. 또한, 본 논문에서는 고리 형태 인트론에 의해 형성된 dsRNA 구조가 melanoma-differentiation-associated protein 5 (MDA5) 및 retinoic acid-inducible gene I (RIG-I)와 같은 다른 dsRNA 센서보다 우선적으로 PKR을 활성화하여 세포 내에서 인터페론 반응을 유도하지 않음을 확인했다. 본 논문에서는 FLAG 태그가 부착된 PKR 및 MDA5와, 고리 모양이 유지되거나 탈분지되어 선형 모양을 가지는 인트론 RNA를 사용한 in vitro 결합 실험을 최적화한 뒤, RNA 시퀀싱을 통해 각 dsRNA 센서에 결합하는 특정 RNA 인트론 종을 분석한다.
