Retinale Organoide (RO) sind in vitro entstehende dreidimensionale (3D)-Kulturen mit einem ähnlichen histoarchitekturellen und zellulären Aufbau wie die menschliche Retina. RO stellen heutzutage vielversprechende Krankheitsmodelle zur Charakterisierung menschlicher Retinopathien, wie zum Beispiel (z.B.) der Retinitis Pigmentosa (RP), dar. RP repräsentiert eine genetisch heterogene Gruppe hereditärer Netzhauterkrankungen, die
durch eine progressive Degeneration der Stäbchen, gefolgt von einem Verlust der Zapfen, zu fortschreitenden Visuseinschränkungen führt. Ein kausaler Zusammenhang konnte bis heute aufgrund von pathogenen Mutationen in mehr als 90 verschiedenen Genen gezeigt werden. Mutationen im Retinitis Pigmentosa 1 Axonemal Microtubule Associated (RP1)-Gen sind
ursächlich mit RP, was sich auch im Mausmodell darstellen lässt. RP1-defiziente Mäuse weisen ein verschmälertes Stratum nucleare externum (Outer Nuclear Layer, ONL) mit degenerierenden Photorezeptorzellen und verkürzten Außensegmenten (Outer Segment, OS) auf. Außerdem ist in diesem Modell ein gestörter Transport von Rhodopsin (RHO) in die OS beobachtbar.
Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung der Folgen einer Mutation im RP1-Gen anhand von RP1-defizienten RO. Ein Vergleich von RP1-defizienten RO mit wildtypischen (WT) RO wurde schwerpunktmäßig in vier Bereichen unternommen: Untersuchungen zu (i) der Dicke der ONL, (ii) der Länge der OS, (iii) der relativen Anzahl an Stäbchen und Zapfen, (iv) dem Transport von RHO bzw. Recoverin (RCVRN) in den Bereich der Innensegmente (IS) und OS.
Zur Generierung der RO wurden vorab humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSC) eines gesunden Spenders mittels CRISPR-Cas9 behandelt, um homozygote Mutationen mit Leserasterverschiebung im RP1-Gen einzuführen. Die aus den hiPSC differenzierten RO
wurden anschließend im Rahmen dieser Arbeit methodisch mittels Hellfeldaufnahmen (HF) und Immunozytochemie (Immunocytochemistry, ICC) an Tag 69, 140 und an 180 der Ausdifferenzierung analysiert.
Untersuchungen an Tag 69 der Ausdifferenzierung zeigten, dass zu diesem Zeitpunkt die Entwicklung der RP1-defizienten und WT-RO bezüglich der untersuchten Zelltypen keine Unterschiede zeigten. Die RP1-defizienten RO wiesen auch (i) an den Tagen 140 und 180 eine zu den WT-RO vergleichbare Dicke der ONL und (ii) an Tag 180 eine vergleichbare Länge der OS auf. Der relative Anteil an Stäbchen und Zapfen (iii) war an Tag 180 für die Genotypen ebenfalls vergleichbar. Auch die transportierte Quantität an RHO bzw. RCVRN in den Bereich der IS und OS (iv) war an Tag 180 vergleichbar für die RP1-defizienten und WT-RO. Somit konnte bis Entwicklungstag 180 kein Phänotyp bei den RP1-defizienten RO beobachtet werden. Das Fehlen eines erfassbaren Phänotyps könnte ursächlich mit einer erst späten Manifestation oder einem eher milden Phänotyp der RP1-Defizienz erklärt werden. Diese
Arbeit unterstreicht die Bedeutung, menschliche Netzhauterkrankungen anhand von RO zu erforschen und somit weitere Erkenntnisse über dieses vielversprechende Modellsystem sowie über die Netzhauterkrankungen zu erlangen.

Retinal organoids (RO) are in vitro developing three-dimensional (3D) cultures with a similar histoarchitectural and cellular structure as the human retina. RO now represent promising disease models for characterising human retinopathies, such as retinitis pigmentosa (RP). RP represents a genetically heterogeneous group of hereditary retinal diseases that lead to
progressive visual impairment through progressive degeneration of the rods followed by loss of the cones. A causal relationship has been shown to date due to pathogenic mutations in over 90 different genes.
Mutations in the Retinitis Pigmentosa 1 Axonemal Microtubule Associated (RP1) gene are causally associated with RP, which can also be demonstrated in the mouse model. RP1-deficient mice exhibit a narrowed stratum nucleare externum (Outer Nuclear Layer, ONL) with degenerating photoreceptor cells and shortened outer segments (OS). Furthermore, a disturbed
transport of rhodopsin (RHO) into the OS is observable in this model.
The aim of this work was to characterise the consequences of a mutation in the RP1 gene using RP1-deficient RO. A comparison of RP1-deficient RO with wild type (WT)-RO was undertaken with a focus on four areas: Studies on (i) the thickness of the ONL, (ii) the length of the OS, (iii) the relative number of rods and cones, (iv) the transport of RHO or Recoverin
(RCVRN) into the inner segment (IS) and OS regions. To generate RO, human induced pluripotent stem cells (hiPSC) from a healthy donor were first
treated using CRISPR-Cas9 to introduce homozygous frameshift mutations in the RP1 gene. The RO differentiated from the hiPSC were then methodically analysed in this work using bright field imaging (HF) and immunocytochemistry (ICC) at day 69, 140 and 180 of
differentiation. Investigations at day 69 of differentiation showed that at this point the development of the RP1-deficient and WT-ROs did not show any differences regarding the cell types investigated. The RP1-deficient ROs also showed (i) comparable ONL thickness to WT-ROs at days 140 and 180
and (ii) comparable OS length at day 180. The relative proportion of rods and cones (iii) was comparable for the genotypes on day 180. The quantity of RHO and RCVRN transported to the IS and OS (iv) was also comparable for the RP1-deficient and WT-ROs on day 180. Thus, no phenotype could be observed in the RP1-deficient RO until development day 180. The lack of a detectable phenotype could be causally explained by a late manifestation or a rather
mild phenotype of RP1-deficiency. This work highlights the importance of studying human retinal diseases using RO and thus gaining further insights into this promising model system as well as into retinal diseases.