Abstract Human induced pluripotent stem cells (iPSCs) have great promise for cellular therapy, but it is unclear if they have the same potential as human embryonic stem cells (hESCs) to differentiate into specialized cell types. Ocular cells such as the retinal pigmented epithelium (RPE) are of particular interest because they could be used to treat degenerative eye diseases, including age-related macular degeneration and retinitis pigmentosa. We show here that iPSCs generated using Oct4, Sox2, Nanog, and Lin28 can spontaneously differentiate into RPE cells, which can then be isolated and cultured to form highly differentiated RPE monolayers. RPE derived from iPSCs (iPS-RPE) were analyzed with respect to gene expression, protein expression, and rod outer segment phagocytosis, and compared with cultured fetal human RPE (fRPE) and RPE derived from hESCs (hESC-RPE). iPS-RPE expression of marker mRNAs was quantitatively similar to that of fRPE and hESC-RPE, and marker proteins were appropriately expressed and localized in polarized monolayers. Levels of rod outer segment phagocytosis by iPS-RPE, fRPE, and hESC-RPE were likewise similar and dependent on integrin αvβ5. This work shows that iPSCs can differentiate into functional RPE that are quantitatively similar to fRPE and hESC-RPE and further supports the finding that iPSCs are similar to hESCs in their differentiation potential.

Controlling the differentiation of human pluripotent stem cells is the goal of many laboratories, both to study normal human development and to generate cells for transplantation. One important cell type under investigation is the retinal pigmented epithelium (RPE). Age-related macular degeneration (AMD), the leading cause of blindness in the Western world, is caused by dysfunction and death of the RPE. Currently, RPE derived from human embryonic stem cells are in clinical trials for the treatment of AMD. Although protocols to generate RPE from human pluripotent stem cells have become more efficient since the first report in 2004, they are still time-consuming and relatively inefficient. We have found that the addition of defined factors at specific times leads to conversion of approximately 80% of the cells to an RPE phenotype in only 14 days. This protocol should be useful for rapidly generating RPE for transplantation as well as for studying RPE development in vitro.

Tau inclusions are a shared feature of many neurodegenerative conditions and tau mutations lead to frontotemporal dementia. Approaches to treatment of these conditions have focused directly on the tau protein by targeting its post-translational modifications, its levels and its tendency to aggregate. We discovered a novel regulatory pathway for tau degradation that operates through the Rhes protein, a GTPase. Rhes is farnesylated and treatment with the farnesyl transferase inhibitor, lonafarnib, reduced Rhes, attenuated behavioral abnormalities, significantly reduced atrophy, tau inclusions, sumoylation and ubiquitination, as well as microgliosis in the rTg4510 tauopathy mouse. Direct reduction of Rhes levels reproduced the results observed with lonafarnib. The mechanism of lonafarnib action, as mediated by Rhes to reduce tau pathology, operates through the lysosome without involvement of the proteasome. Finally we show that the developmental increase in Rhes levels can be homeostatically regulated in the presence of tau mutations as a protective mechanism through which cells sense abnormal tau before any pathology is present. The extensive human trials of lonafarnib for other conditions, makes this drug ideal for repurposing to treat tauopathies.