Abstract Induced pluripotent stem cells generated from patients with geographic atrophy as well as healthy individuals were differentiated to retinal pigment epithelium (RPE) cells. By integrating transcriptional profiles of 127,659 RPE cells generated from 43 individuals with geographic atrophy and 36 controls with genotype data, we identified 439 expression Quantitative Trait (eQTL) loci in cis that were associated with disease status and specific to subpopulations of RPE cells. We identified loci linked to two genes with known associations with geographic atrophy - PILRB and PRPH2, in addition to 43 genes with significant genotype x disease interactions that are candidates for novel genetic associations for geographic atrophy. On a transcriptome-only level, we identified molecular pathways significantly upregulated in geographic atrophy-RPE including in extracellular cellular matrix reorganisation, neurodegeneration, and mitochondrial functions. We subsequently implemented a large-scale proteomics analysis, confirming modification in proteins associated with these pathways. We also identified six significant protein (p) QTL that regulate protein expression in the RPE cells and in geographic atrophy - two of which share variants with cis-eQTL. Transcriptome-wide association analysis identified genes at loci previously associated with age-related macular degeneration. Further analysis conditional on disease status, implicated statistically significant RPE-specific eQTL. This study uncovers important differences in RPE homeostasis associated with geographic atrophy.

ABSTRACT To assess the transcriptomic profile of disease-specific cell populations, fibroblasts from patients with primary open-angle glaucoma (POAG) were reprogrammed into induced pluripotent stem cells (iPSCs) before being differentiated into retinal organoids and compared to those from healthy individuals. We performed single-cell RNA-sequencing of a total of 330,569 cells and identified cluster-specific molecular signatures. Comparing the gene expression profile between cases and controls, we identified novel genetic associations for this blinding disease. Expression quantitative trait mapping identified a total of 2,235 significant loci across all cell types, 58 of which are specific to the retinal ganglion cell subpopulations, which ultimately degenerate in POAG. Transcriptome-wide association analysis identified genes at loci previously associated with POAG, and analysis, conditional on disease status, implicated 54 statistically significant retinal ganglion cell-specific expression quantitative trait loci. This work highlights the power of large-scale iPSC studies to uncover context-specific profiles for a genetically complex disease.

Cybrid technology was used to replace Leber hereditary optic neuropathy (LHON) causing mitochondrial DNA (mtDNA) mutations from patient-specific fibroblasts with wildtype mtDNA, and mutation-free induced pluripotent stem cells (iPSCs) were generated subsequently. Retinal ganglion cell (RGC) differentiation demonstrates increased cell death in LHON-RGCs and can be rescued in cybrid corrected RGCs.

Patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSCs) have tremendous potential for development of regenerative medicine, disease modelling and drug discovery. However, the processes of reprogramming, maintenance and differentiation are labour intensive and subject to inter-technician variability. To address these issues, we established and optimised protocols to allow for the automated maintenance of reprogrammed somatic cells into iPSCs to enable the large-scale culture and passaging of human pluripotent stem cells (PSCs) using a customized TECAN Freedom EVO. Generation of iPSCs was performed offline by nucleofection followed by selection of TRA-1-60 positive cells using a Miltenyi MultiMACS24 Separator. Pluripotency markers were assessed to confirm pluripotency of the generated iPSCs. Passaging was performed using an enzyme-free dissociation method. Proof of concept of differentiation was obtained by differentiating human PSCs into cells of the retinal lineage. Key advantages of this automated approach are the ability to increase sample size, reduce variability during reprogramming or differentiation, and enable medium to high-throughput analysis of human PSCs and derivatives. These techniques will become increasingly important with the emergence of clinical trials using stem cells.

Purpose: Congenital glaucoma is a significant cause of irreversible blindness. In some instances glaucoma is associated with developmental abnormalities of the ocular anterior segment, which can impair drainage of aqueous humor, leading to an increase in intraocular pressure. Methods: Genome sequencing was performed on a parent-proband congenital glaucoma trio, with exome sequencing of 79 additional individuals with suspected primary congenital glaucoma. Results: We describe a unique ocular anterior segment dysgenesis associated with congenital glaucoma in four individuals from three unrelated families. In each case, disease was associated with compound heterozygous variants in CPAMD8, a gene of unknown function recently associated with ocular anterior segment dysgenesis, myopia, and ectopia lentis. CPAMD8 expression was highest in neural crest-derived tissues of the adult anterior segment, suggesting that CPAMD8 variation may cause malformation of key drainage structures and the development of high intraocular pressure and glaucoma. Conclusions:This study reveals a unique genetic cause of childhood glaucoma, and expands the phenotypic spectrum of CPAMD8-associated ocular disease.