Decoding EYS-related Retinal Dystrophies: From Clinical Phenotype to Potential Therapeutic Strategies

Abstract

La Retinitis Pigmentosa tipus 25 (RP25) és una forma autosòmica recessiva de Retinitis Pigmentosa (RP), un subconjunt de distròfies retinianes hereditàries (DRH) caracteritzades per la degeneració progressiva dels fotoreceptors (PR) i de l'epiteli pigmentari de la retina (EPR), així com per la pèrdua de visió. La malaltia és causada per mutacions bial·leliques en el gen EYS, i els pacients amb RP25 solen presentar ceguera nocturna d'inici precoç, seguida d'una reducció progressiva del camp visual, que finalment condueix a la pèrdua de visió central i ceguera. Malauradament, actualment no existeix una cura per a la RP25. La comprensió dels mecanismes patogènics i el desenvolupament de tractaments eficaços per a RP25 s'ha vist obstaculitzada per diverses limitacions, com la gran mida del gen EYS, l'absència de EYS en els models animals comunament utilitzats (incloent-hi ratolins, rates i conillets d'índies), el coneixement incomplet de la funció del gen EYS, i l'existència d'almenys cinc isoformes diferents d'EYS a l'ull, cadascuna de les quals podria exercir funcions diferents en teixits diferents. Aquest treball es centra en el desenvolupament de models in vitro de RP25 per comprendre millor la funció d'EYS i els mecanismes patològics subjacents a la malaltia. A més, aquests models serviran com a plataforma per investigar possibles teràpies gèniques dirigides al tractament de RP25. En les etapes més avançades de la malaltia, quan els PR han degenerat, la teràpia cel·lular es presenta com una opció més viable. En aquest estudi, es van generar cèl·lules mare pluripotents induïdes humanes (hiPSC) derivades de pacients amb mutacions en EYS per crear organoides retinians (OR) i models de EPR de la malaltia in vitro, els quals van mostrar característiques morfològiques, funcionals i de desenvolupament diferents. La teràpia gènica mitjançant nanopartícules lipídiques ionitzables (iLNP) carregades amb el gen EYS va ser capaç de revertir algunes de les característiques de RP25 en el model de cèl·lules de EPR. Per a les etapes més avançades de la malaltia, la injecció subretiniana de cèl·lules precursores retinianes (RPC) en combinació amb cèl·lules de EPR ha demostrat preservar la retina en el model de rates Royal College of Surgeons (RCS) de manera més efectiva que el trasplantament de RPC o cèl·lules de EPR per separat. Aquesta investigació podria facilitar l'ús de models in vitro d'OR i EPR per a una millor comprensió dels mecanismes de la malaltia i ofereix una estratègia de teràpia gènica aplicable a les retinopaties associades a EYS i a altres trastorns genètics causats per gens de gran mida.

La Retinitis Pigmentosa tipo 25 (RP25) es una forma autosómica recesiva de Retinitis Pigmentosa (RP), un subconjunto de distrofias retinianas hereditarias (DRH) caracterizadas por la degeneración progresiva de los fotorreceptores (PR) y del epitelio pigmentario de la retina (EPR), así como la pérdida de visión. La enfermedad es causada por mutaciones bialélicas en el gen EYS, y los pacientes con RP25 suelen presentar ceguera nocturna de inicio temprano, seguida de una reducción progresiva del campo visual, que finalmente conduce a la pérdida de visión central y ceguera. Desafortunadamente, actualmente no existe cura para la RP25. La comprensión de los mecanismos patogénicos y el desarrollo de tratamientos efectivos para RP25 se ha visto obstaculizada por varias limitaciones, como el gran tamaño del gen EYS, la ausencia de EYS en los modelos animales comúnmente utilizados (incluyendo ratones, ratas y cobayas), el conocimiento incompleto de la función del gen EYS, y la existencia de al menos cinco isoformas diferentes de EYS en el ojo, cada una de las cuales podría desempeñar funciones distintas en diferentes tejidos. Este trabajo se centra en el desarrollo de modelos in vitro de RP25 para comprender mejor la función de EYS y los mecanismos patológicos subyacentes a la enfermedad. Además, estos modelos servirán como plataforma para investigar posibles terapias génicas dirigidas al tratamiento de RP25. En las etapas más avanzadas de la enfermedad, cuando los PR han degenerado, la terapia celular surge como una opción más viable. En este estudio, se generaron células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSC) derivadas de pacientes con mutaciones en EYS para crear organoides retinianos (OR) y modelos de EPR de la enfermedad in vitro, los cuales mostraron características morfológicas, funcionales y de desarrollo distintas. La terapia génica mediante nanopartículas lipídicas ionizables (iLNP) cargadas con el gen EYS fue capaz de revertir algunas de las características de RP25 en el modelo de células de EPR. Para las etapas más avanzadas de la enfermedad, la inyección subretinal de células precursoras retinianas (RPC) en combinación con células de EPR ha demostrado preservar la retina en ratas Royal College of Surgeons (RCS) de manera más efectiva que el trasplante de RPC o células de EPR por separado. Esta investigación podría facilitar el uso de modelos in vitro de OR y EPR para una mejor comprensión de los mecanismos de la enfermedad y ofrece una estrategia de terapia génica aplicable a las retinopatías asociadas con EYS y a otros trastornos genéticos causados por genes de gran tamaño.

Retinitis Pigmentosa Type 25 (RP25) is an autosomal recessive form of retinitis pigmentosa (RP), a subset of inherited retinal dystrophies (IRDs) characterized by progressive photoreceptors (PRs) and retinal pigment epithelium (RPE) degeneration and vision loss. The disease is caused by biallelic mutations in the EYS gene, and RP25 patients typically present with early-onset night blindness, followed by a progressive reduction in the visual field, ultimately leading to compromised central vision and blindness. Unfortunately, there is currently no cure for RP25. Understanding the pathogenic mechanisms and developing effective treatments for RP25 has been hampered due to various limitations, such as the large size of the EYS gene, the absence of EYS in commonly used animal models (including mice, rats, and guinea pigs), incomplete knowledge of EYS function, and the existence of at least five different EYS isoforms in the eye, each of them potentially playing distinct roles in different tissues. This work focuses on developing in vitro models of RP25 to better understand EYS function and the pathological mechanisms underlying the disease. Additionally, these models will serve as a platform for investigating potential gene therapies to treat RP25. Moreover, in the later stages of the disease, when PRs have degenerated, cell therapy emerges as a more viable option. Here, human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) derived from patients with EYS mutations were generated to create retinal organoids (RO) and RPE in vitro disease models, which exhibited distinct morphological, functional, and developmental characteristics. Gene therapy utilizing ionizable lipid nanoparticles (iLNP) loaded with the EYS gene was able to revert some of RP25 characteristics in the RPE cell model. For later stages of the disease, subretinal injection of retinal precursor cells (RPC) in combination with RPE cells has been shown to preserve the retina in Royal College of Surgeons (RCS) rats more effectively than transplantation of RPC or RPE cells alone. This research may facilitate the use of RO and RPE in vitro models for a better understanding of disease mechanisms and offers a gene therapy strategy applicable to EYS-associated retinopathies and other genetic disorders caused by large genes.