Fifty years ago, increased whole-blood serotonin levels, or hyperserotonemia, first linked disrupted 5-HT homeostasis to Autism Spectrum Disorders (ASDs). The 5-HT transporter (SERT) gene ( SLC6A4 ) has been associated with whole blood 5-HT levels and ASD susceptibility. Previously, we identified multiple gain-of-function SERT coding variants in children with ASD. Here we establish that transgenic mice expressing the most common of these variants, SERT Ala56, exhibit elevated, p38 MAPK-dependent transporter phosphorylation, enhanced 5-HT clearance rates and hyperserotonemia. These effects are accompanied by altered basal firing of raphe 5-HT neurons, as well as 5HT 1A and 5HT 2A receptor hypersensitivity. Strikingly, SERT Ala56 mice display alterations in social function, communication, and repetitive behavior. Our efforts provide strong support for the hypothesis that altered 5-HT homeostasis can impact risk for ASD traits and provide a model with construct and face validity that can support further analysis of ASD mechanisms and potentially novel treatments.

Aberrant dopamine (DA) signaling is implicated in schizophrenia, bipolar disorder (BPD), autism spectrum disorder (ASD), substance use disorder, and attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). Treatment of these disorders remains inadequate. We established that the human DA transporter (DAT) coding variant (DAT Val559), identified in individuals with ADHD, ASD, or BPD, exhibits anomalous DA efflux (ADE) that is blocked by therapeutic amphetamines and methylphenidate. As the latter agents have high abuse liability, we exploited DAT Val559 knock-in mice to identify non-addictive agents that can normalize DAT Val559 functional and behavioral effects ex vivo and in vivo. Kappa opioid receptors (KORs) are expressed by DA neurons and modulate DA release and clearance, suggesting that targeting KORs might offset the effects of DAT Val559. We establish that enhanced DAT Thr53 phosphorylation and increased DAT surface trafficking associated with DAT Val559 expression are mimicked by KOR agonism of wildtype preparations and rescued by KOR antagonism of DAT Val559 ex vivo preparations. Importantly, KOR antagonism also corrected in vivo DA release and sex-dependent behavioral abnormalities. Given their low abuse liability, our studies with a construct valid model of human DA associated disorders reinforce considerations of KOR antagonism as a pharmacological strategy to treat DA associated brain disorders.

Substance use disorder (SUD) is a heterogeneous disorder, where severity, symptoms, and patterns of use vary across individuals. Yet, when rats self-administer cocaine under short-access conditions, their behavior tends to be well-regulated, though individual differences can emerge with long- or intermittent-access. In contrast, significant individual differences emerge when rats self-administer 3,4-methylenedioxypyrovalerone (MDPV), even under short-access conditions, wherein ~30 % of rats exhibit high levels of drug-taking. This study assessed SUD-like phenotypes of male and female rats self-administering MDPV or cocaine by comparing level of drug intake, responding during periods of signaled drug unavailability, and sensitivity to footshock punishment to determine whether: (1) under short-access conditions, rats that self-administer MDPV will exhibit a more robust SUD-like phenotype than rats that self-administer cocaine; (2) female rats will have a more severe phenotype than male rats; and (3) compared to short-access, long- and intermittent-access to MDPV or cocaine self-administration will result in a more robust SUD-like phenotype. Compared to cocaine, rats that self-administered MDPV exhibited a more severe phenotype, even under short-access conditions. Long- and intermittent-access to cocaine and MDPV temporarily altered drug-taking patterns but did not systematically change SUD-like phenotypes. Behavioral and quantitative autoradiography studies suggest phenotypic differences are not due to expression of dopamine transporter, dopamine D

Abstract Substance use disorder (SUD) is a heterogeneous disorder, where severity, symptoms, and patterns of substance use vary across individuals. Yet, when rats are allowed to self-administer drugs such as cocaine under short-access conditions, their behavior tends to be well-regulated and homogeneous in nature; though individual differences can emerge when rats are provided long– or intermittent-access to cocaine. In contrast to cocaine, significant individual differences emerge when rats are allowed to self-administer 3,4-methylenedioxypyrovalerone (MDPV), even under short-access conditions, wherein ∼30% of rats rapidly transition to high levels of drug-taking. This study assessed the SUD-like phenotypes of male and female Sprague Dawley rats self-administering MDPV (0.032 mg/kg/infusion) or cocaine (0.32 mg/kg/infusion) by comparing level of drug intake, responding during periods of signaled drug unavailability, and sensitivity to footshock punishment to test the hypotheses that: (1) under short-access conditions, rats that self-administer MDPV will exhibit a more robust SUD-like phenotype than rats that self-administered cocaine; (2) female rats will have a more severe phenotype than male rats; and (3) compared to short-access, long– and intermittent-access to MDPV or cocaine self-administration will result in a more robust SUD-like phenotype. After short-access, rats that self-administered MDPV exhibited a more severe phenotype than rats that self-administered cocaine. Though long– and intermittent-access to cocaine and MDPV self-administration altered drug-taking patterns, manipulating access conditions did not systematically alter their SUD-like phenotype. Evidence from behavioral and quantitative autoradiography studies suggest that these differences are unlikely due to changes in expression levels of dopamine transporter, dopamine D 2 or D 3 receptors, or 5-HT 1B , 5-HT 2A , or 5-HT 2C receptors, though these possibilities cannot be ruled out. These results show that the phenotype exhibited by rats self-administering MDPV differs from that observed for rats self-administering cocaine, and suggests that individuals that use MDPV and/or related cathinones may be at greater risk for developing a SUD, and that short-access MDPV self-administration may provide a useful method to understand the factors that mediate the transition to problematic or disordered substance use in humans.