Abstract The cilium is an essential organelle at the surface of most mammalian cells whose dysfunction causes a wide range of genetic diseases collectively called ciliopathies. The current rate at which new ciliopathy genes are identified suggests that many ciliary components remain undiscovered. We generated and rigorously analyzed genomic, proteomic, transcriptomic and evolutionary data and systematically integrated these using Bayesian statistics into a predictive score for ciliary function. This resulted in 285 candidate ciliary genes. We found experimental evidence of ciliary associations for 24 out of 36 analyzed candidate proteins. In addition, we show that OSCP1, which has previously been implicated in two distinct non-ciliary functions, causes a cilium dysfunction phenotype when depleted in zebrafish. The candidate list forms the basis of CiliaCarta, a comprehensive ciliary compendium covering 836 genes. The resource can be used to objectively prioritize candidate genes in whole exome or genome sequencing of ciliopathy patients and can be accessed at http://bioinformatics.bio.uu.nl/john/syscilia/ciliacarta/ .

Abstract Usher syndrome (USH) is the most common form of monogenic deaf-blindness. Loss of vision is untreatable and, so far, there are no suitable animal models for testing therapeutic strategies. By introducing a human mutation into the harmonin-encoding USH1C gene in pigs, we generated the first translational animal model for USH type 1 with characteristic hearing defect, vestibular dysfunction and visual impairment. Changes in photoreceptor architecture, quantitative motion analysis and electroretinography were characteristics of the reduced retinal virtue in USH1C pigs. Primary cells from those animals and USH1C patients showed significantly elongated primary cilia, compared to wild-type, confirming the nature of USH as a true and general ciliopathy and proving the therapeutic capacity of gene supplementation and gene repair approaches.

Abstract Usher syndrome (USH) is the most common form of hereditary deafness-blindness in humans. USH is a complex genetic disorder, assigned to three clinical subtypes differing in onset, course, and severity, with USH1 being the most severe. Rodent USH1 models do not reflect the ocular phenotype observed in human patients to date; hence, little is known about the pathophysiology of USH1 in the human eye. One of the USH1 genes, USH1C , exhibits extensive alternative splicing and encodes numerous harmonin protein isoforms that function as scaffolds for organizing the USH interactome. RNA-seq analysis of human retinas uncovered harmonin_a1 as the most abundant transcript of USH1C . Bulk RNA-seq analysis and immunoblotting showed abundant expression of harmonin in Müller glia cells (MGCs) and retinal neurons. Furthermore, harmonin was localized in the terminal endfeet and apical microvilli of MGCs, presynaptic region (pedicle) of cones, and outer segments of rods as well as at adhesive junctions of MGCs and photoreceptors in the outer limiting membrane (OLM). Our data provide evidence for the interactions of harmonin with OLM molecules in photoreceptors (PRCs) and MGCs and rhodopsin in PRCs. Subcellular expression and colocalization of harmonin correlate with the clinical phenotype observed in USH1C patients. In addition, primary cilia defects in USH1C patient-derived fibroblasts could be reverted by the delivery of harmonin_a1 transcript isoform. Our data provide novel insights into PRC cell biology, USH1C pathophysiology, and for developing gene therapy treatment.

Diabetic retinopathy (DR) is considered a primarily microvascular complication of diabetes. Müller glia cells are at the center of the retinal neurovascular unit and play a critical role in DR. We therefore investigated Müller cell-specific signaling pathways that are altered in DR to identify novel targets for gene therapy. Using a multi-omics approach on purified Müller cells from diabetic db/db mice, we found the mRNA and protein expression of the glucocorticoid receptor (GR) to be significantly decreased, while its target gene cluster was down-regulated. Further, oPOSSUM TF analysis and ATAC- sequencing identified the GR as a master regulator of Müller cell gliosis in DR. Cortisol not only increased GR phosphorylation. It also induced changes in the expression of known GR target genes in retinal explants. Finally, retinal functionality was improved by AAV-mediated overexpression of GR in Müller cells. Our study demonstrates an important role of the glial GR in DR and implies that therapeutic approaches targeting this signalling pathway should be aimed at increasing GR expression rather than the addition of more ligand.

Abstract Cell-cell interactions in the central nervous system are based on the release of molecules mediating signal exchange and providing structural and trophic support through vesicular exocytosis and the formation of extracellular vesicles. The specific mechanisms employed by each cell type in the brain are incompletely understood. Here, we explored the means of communication used by Müller cells, a type of radial glial cells in the retina, which forms part of the central nervous system. Using immunohistochemical, electron microscopic, and molecular analyses, we provide evidence for the release of distinct extracellular vesicles from endfeet and microvilli of retinal Müller cells in adult mice in vivo . We identify VAMP5 as a Müller cell-specific SNARE component that is part of extracellular vesicles and responsive to ischemia, and we reveal differences between the secretomes of immunoaffinity-purified Müller cells and neurons in vitro . Our findings suggest extracellular vesicle-based communication as an important mediator of cellular interactions in the retina.