The behavioral and diagnostic heterogeneity within human opioid use disorder (OUD) diagnosis is not readily captured in current animal models, limiting translational relevance of the mechanistic research that is conducted in experimental animals. We hypothesize that a non-linear clustering of OUD-like behavioral traits will capture population heterogeneity and yield subpopulations of OUD vulnerable rats with distinct behavioral and neurocircuit profiles.

Neuroblastoma is an embryonic tumor that represents the most common extracranial solid tumor in children. Resistance to therapy is attributed, in part, to the persistence of a subpopulation of slowly dividing cancer stem cells (CSCs) within those tumors. Glycogen synthase kinase (GSK)-3β is an active proline-directed serine/threonine kinase, well-known to be involved in different signaling pathways entangled in the pathophysiology of neuroblastoma. This study aims to assess the potency of an irreversible GSK-3β inhibitor drug, Tideglusib (TDG), in suppressing proliferation, viability, and migration of human neuroblastoma cell lines, as well as its effects on their CSCs subpopulation in vitro and in vivo. Our results showed that treatment with TDG significantly reduced cell proliferation, viability, and migration of SK-N-SH and SH-SY5Y cells. TDG also significantly inhibited neurospheres formation capability in both cell lines, eradicating the self-renewal ability of highly resistant CSCs. Importantly, TDG potently inhibited neuroblastoma tumor growth and progression in vivo. In conclusion, TDG proved to be an effective in vitro and in vivo treatment for neuroblastoma cell lines and may hence serve as a potential adjuvant therapeutic agent for this aggressive nervous system tumor.

The behavioral and diagnostic heterogeneity within the opioid use disorder (OUD) diagnosis is not readily captured in current animal models, limiting the translational relevance of the mechanistic research that is conducted in experimental animals. The authors hypothesized that a nonlinear clustering of OUD-like behavioral traits would capture population heterogeneity and yield subpopulations of OUD vulnerable rats with distinct behavioral and neurocircuit profiles. Over 900 male and female heterogeneous stock rats, a line capturing genetic and behavioral heterogeneity present in humans, were assessed for several measures of heroin use and rewarded and non-rewarded seeking behaviors. A nonlinear stochastic block model clustering analysis was used to assign rats to OUD vulnerable, intermediate, and resilient clusters. Additional behavioral tests and circuit analyses using c-fos protein activation were conducted on the vulnerable and resilient subpopulations. OUD vulnerable rats exhibited greater heroin taking and seeking behaviors relative to those in the intermediate and resilient clusters. Akin to human OUD diagnosis, further vulnerable rat subclustering revealed subpopulations with different combinations of behavioral traits, including sex differences. Lastly, heroin cue-induced neuronal patterns of circuit activation differed between resilient and vulnerable phenotypes. Behavioral sex differences were recapitulated in patterns of circuitry activation, including preferential engagement of extended amygdala stress circuitry in males and cortico-striatal drug cue-seeking circuitry in females. Using a nonlinear clustering approach in rats, the analysis captured behavioral diagnostic heterogeneity reflective of human OUD diagnosis. OUD vulnerability and resiliency were associated with distinct neuronal activation patterns, posing this approach as a translational tool in assessing neurobiological mechanisms underpinning OUD.

SUMMARY Neuronal activity in the nucleus accumbens core (NAcore) is necessary for reward-seeking behaviors. We hypothesized that the differential encoding of natural and drug rewards in the NAcore contributes to substance use disorder. We leveraged single-cell calcium imaging of dopamine D1- and D2-receptor-expressing medium spiny neurons (MSNs) in the NAcore of mice to examine differences between sucrose and cocaine rewarded (self-administration) and unrewarded (abstinent and cue-induced) seeking. Activity was time-locked to nose-poking for reward, clustered, and compared between sucrose and cocaine. Only in cocaine-trained mice were excited D1-MSNs securely stable, capable of decoding nose-poking in all rewarded and unrewarded sessions and correlated with the intensity of nose-poking for unrewarded seeking. Furthermore, D1-MSNs formed a stable ensemble predictive of seeking behavior after extended cocaine, but not sucrose abstinence. The excited D1-MSN ensemble uniquely drives cue-induced cocaine seeking and may contribute to why drug seeking is prepotent over natural reward seeking in cocaine use disorder.

ABSTRACT Antipsychotic-induced behavioral supersensitivity is a problematic consequence of long-term treatment with antipsychotic drugs and is characterized by emergence of refractory symptoms and dyskinesias. The underlying mechanisms are unknown, and no rational approaches exist to prevent or reverse antipsychotic-induced supersensitivity. Here we describe major adaptations impacting populations of striatal medium spiny neurons (MSNs) during the development of behavioral supersensitivity and reveal a prominent role played by D2 receptor expressing MSNs. We show that enhanced D2-MSN activity underlies several symptoms spanning from psychostimulant sensitization, to antipsychotic treatment resistance and drug addiction. Our data warn against severe adverse events following antipsychotic treatment discontinuation and offer insight that may inform therapeutic approaches to overcome antipsychotic-induced supersensitivity.