Age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of severe central visual impairment among the elderly and is associated both with environmental factors such as smoking and with genetic factors. Here, 167 unrelated AMD patients were screened for alterations in ABCR , a gene that encodes a retinal rod photoreceptor protein and is defective in Stargardt disease, a common hereditary form of macular dystrophy. Thirteen different AMD-associated alterations, both deletions and amino acid substitutions, were found in one allele of ABCR in 26 patients (16%). Identification of ABCR alterations will permit presymptomatic testing of high-risk individuals and may lead to earlier diagnosis of AMD and to new strategies for prevention and therapy.

Age-related macular degeneration (AMD) is the most common cause of irreversible vision loss in the developed world and has a strong genetic predisposition. A locus at human chromosome 10q26 affects the risk of AMD, but the precise gene(s) have not been identified. We genotyped 581 AMD cases and 309 normal controls in a Caucasian cohort in Utah. We demonstrate that a single-nucleotide polymorphism, rs11200638, in the promoter region of HTRA1 is the most likely causal variant for AMD at 10q26 and is estimated to confer a population attributable risk of 49.3%. The HTRA1 gene encodes a secreted serine protease. Preliminary analysis of lymphocytes and retinal pigment epithelium from four AMD patients revealed that the risk allele was associated with elevated expression levels of HTRA1 mRNA and protein. We also found that drusen in the eyes of AMD patients were strongly immunolabeled with HTRA1 antibody. Together, these findings support a key role for HTRA1 in AMD susceptibility and identify a potential new pathway for AMD pathogenesis.

Advanced age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of late onset blindness. We present results of a genome-wide association study of 979 advanced AMD cases and 1,709 controls using the Affymetrix 6.0 platform with replication in seven additional cohorts (totaling 5,789 unrelated cases and 4,234 unrelated controls). We also present a comprehensive analysis of copy-number variations and polymorphisms for AMD. Our discovery data implicated the association between AMD and a variant in the hepatic lipase gene (LIPC) in the high-density lipoprotein cholesterol (HDL) pathway (discovery P = 4.53e-05 for rs493258). Our LIPC association was strongest for a functional promoter variant, rs10468017, (P = 1.34e-08), that influences LIPC expression and serum HDL levels with a protective effect of the minor T allele (HDL increasing) for advanced wet and dry AMD. The association we found with LIPC was corroborated by the Michigan/Penn/Mayo genome-wide association study; the locus near the tissue inhibitor of metalloproteinase 3 was corroborated by our replication cohort for rs9621532 with P = 3.71e-09. We observed weaker associations with other HDL loci (ABCA1, P = 9.73e-04; cholesterylester transfer protein, P = 1.41e-03; FADS1-3, P = 2.69e-02). Based on a lack of consistent association between HDL increasing alleles and AMD risk, the LIPC association may not be the result of an effect on HDL levels, but it could represent a pleiotropic effect of the same functional component. Results implicate different biologic pathways than previously reported and provide new avenues for prevention and treatment of AMD.

Importance

 The Age-Related Eye Disease Study (AREDS) formulation for the treatment of age-related macular degeneration (AMD) contains vitamin C, vitamin E, beta carotene, and zinc with copper. The Age-Related Eye Disease Study 2 (AREDS2) assessed the value of substituting lutein/zeaxanthin in the AREDS formulation because of the demonstrated risk for lung cancer from beta carotene in smokers and former smokers and because lutein and zeaxanthin are important components in the retina. 

Objective

 To further examine the effect of lutein/zeaxanthin supplementation on progression to late AMD. 

Design, Setting, Participants

 The Age-Related Eye Disease Study 2 is a multicenter, double-masked randomized trial of 4203 participants, aged 50 to 85 years, at risk for developing late AMD; 66% of patients had bilateral large drusen and 34% had large drusen and late AMD in 1 eye. 

Interventions

 In addition to taking the original or a variation of the AREDS supplement, participants were randomly assigned in a factorial design to 1 of the following 4 groups: placebo; lutein/zeaxanthin, 10 mg/2 mg; omega-3 long-chain polyunsaturated fatty 3 acids, 1.0 g; or the combination. 

Main Outcomes and Measures

 Documented development of late AMD by central, masked grading of annual retinal photographs or by treatment history. 

Results

 In exploratory analysis of lutein/zeaxanthin vs no lutein/zeaxanthin, the hazard ratio of the development of late AMD was 0.90 (95% CI, 0.82-0.99;P = .04). Exploratory analyses of direct comparison of lutein/zeaxanthin vs beta carotene showed hazard ratios of 0.82 (95% CI, 0.69-0.96;P = .02) for development of late AMD, 0.78 (95% CI, 0.64-0.94;P = .01) for development of neovascular AMD, and 0.94 (95% CI, 0.70-1.26;P = .67) for development of central geographic atrophy. In analyses restricted to eyes with bilateral large drusen at baseline, the direct comparison of lutein/zeaxanthin vs beta carotene showed hazard ratios of 0.76 (95% CI, 0.61-0.96;P = .02) for progression to late AMD, 0.65 (95% CI, 0.49-0.85;P = .002) for neovascular AMD, and 0.98 (95% CI, 0.69-1.39;P = .91) for central geographic atrophy. 

Conclusion and Relevance

 The totality of evidence on beneficial and adverse effects from AREDS2 and other studies suggests that lutein/zeaxanthin could be more appropriate than beta carotene in the AREDS-type supplements. 

Trial Registration

 clinicaltrials.gov Identifier:NCT00345176

Identifying mechanisms of diseases with complex inheritance patterns, such as macular telangiectasia type 2, is challenging. A link between macular telangiectasia type 2 and altered serine metabolism has been established previously.Through exome sequence analysis of a patient with macular telangiectasia type 2 and his family members, we identified a variant in SPTLC1 encoding a subunit of serine palmitoyltransferase (SPT). Because mutations affecting SPT are known to cause hereditary sensory and autonomic neuropathy type 1 (HSAN1), we examined 10 additional persons with HSAN1 for ophthalmologic disease. We assayed serum amino acid and sphingoid base levels, including levels of deoxysphingolipids, in patients who had macular telangiectasia type 2 but did not have HSAN1 or pathogenic variants affecting SPT. We characterized mice with low serine levels and tested the effects of deoxysphingolipids on human retinal organoids.Two variants known to cause HSAN1 were identified as causal for macular telangiectasia type 2: of 11 patients with HSAN1, 9 also had macular telangiectasia type 2. Circulating deoxysphingolipid levels were 84.2% higher among 125 patients with macular telangiectasia type 2 who did not have pathogenic variants affecting SPT than among 94 unaffected controls. Deoxysphingolipid levels were negatively correlated with serine levels, which were 20.6% lower than among controls. Reduction of serine levels in mice led to increases in levels of retinal deoxysphingolipids and compromised visual function. Deoxysphingolipids caused photoreceptor-cell death in retinal organoids, but not in the presence of regulators of lipid metabolism.Elevated levels of atypical deoxysphingolipids, caused by variant SPTLC1 or SPTLC2 or by low serine levels, were risk factors for macular telangiectasia type 2, as well as for peripheral neuropathy. (Funded by the Lowy Medical Research Institute and others.).

Abstract Despite the association of cholesterol with debilitating pressure-related diseases, its role in mechanotransduction is not well understood. We investigated the relationship between mechanical strain, free membrane cholesterol, actin cytoskeleton, and activation of stretch- activated TRPV4 (transient receptor potential vanilloid isoform 4) channel in human trabecular meshwork (TM) cells. Physiological levels of cyclic stretch resulted in time- dependent decreases in membrane cholesterol/phosphatidylcholine ratio and upregulation of stress fibers. Depletion of free membrane cholesterol with m-β-cyclodextrin (MβCD) augmented TRPV4 activation by the agonist GSK1016790A, swelling and strain, with the effects reversed by cholesterol supplementation. MβCD increased membrane expression of TRPV4, caveolin-1 and flotillin. Caveolin-1 antibody partially precipitated a truncated ∼75 kDa variant whereas the majority of TRPV4 did not colocalize or interact with caveolae or lipid rafts, indicating that TRPV4 is mainly localized outside of cholesterol-enrichedmembrane domains. MβCD induced currents in TRPV4-expressing Xenopus laevis oocytes. Thus, while the membrane C/P ratio reflects the biomechanical milieu, trabecular transduction of mechanical information is modulated by the membrane cholesterol content. Diet, cholesterol metabolism and mechanical stress might modulate the conventional outflow pathway and intraocular pressure in glaucoma and diabetes.

Abstract Purpose Premature infants at risk of retinopathy of prematurity (ROP) miss placental transfer of carotenoids, lutein (L) and zeaxanthin (Z), during the third trimester. We previously demonstrated that prenatal L and Z supplementation raises carotenoid levels in infants at birth in the L utein and Z eaxanthin in P regnancy (L-ZIP) study ( NCT03750968 ). Based on their antioxidant effects and bioavailability, we hypothesized that prenatal maternal supplementation with macular carotenoids would reduce risk of ROP. To test this hypothesis, we utilized “macular pigment mice” genetically engineered to take up L and Z into the retina in a model of oxygen-induced retinopathy (OIR). Methods Pregnant Bco2 -/- mice were divided into nine experimental subgroups based on the type of supplementation (L, Z, or placebo) and on maternal supplementation start date corresponding to the three trimesters of human fetal development (E0, E11, and P1). Pups and nursing mothers were exposed to 75% O 2 for 5 days (P7-12) and returned to room air for 5 days (P12-17). Pups were sacrificed at P12 and P17, and their retinas were analyzed for vaso-obliteration (VO) and intravitreal neovascularization (INV). Results Pups of pregnant mice supplemented with L or Z had significant reductions in VO and INV areas compared to placebo. Prenatal carotenoid supplementation starting at E0 or E11 was significantly more protective against OIR than postnatal supplementation starting at P1. Conclusion Prenatal supplementation with L and Z was beneficial in a mouse OIR model. We recommend testing prenatal L and Z supplementation in future human clinical trials to prevent ROP.

Lutein and zeaxanthin are highly concentrated at the central region of the human retina, forming a distinct yellow spot known as the macula lutea. The delivery and retention of the macular pigment carotenoids in the macula lutea involves many proteins, but their exact roles remain incompletely understood. In our study, we examined the distribution of the twelve known macular carotenoid-related proteins within the human macula and the underlying retinal pigment epithelium (RPE) using both fluorescence and Raman modes on our confocal resonance Raman microscope. Additionally, we assessed protein and gene expression through Western blot analysis and a single-cell RNA sequencing database. Our findings revealed that GSTP1, BCO2, and Aster-B exhibited distribution patterns similar to the macular carotenoids, with higher expression levels within the macular region compared to the periphery, while SR-BI and ABCA1 did not exhibit specific distribution patterns within the macula or RPE. Interestingly, LIPC, SR-BI's partner, accumulated specifically in the sub-foveal RPE. All three of these carotenoid transport proteins were found to be highly expressed in the RPE. These results offer valuable insights into the roles these proteins play in the formation of the macula lutea.