Binge eating (BE) is a heritable trait associated with eating disorders and involves rapid consumption of large quantities of food. We identified cytoplasmic FMRP-interacting protein 2 (Cyfip2) as a major genetic factor underlying BE and concomitant compulsive-like behaviors in mice. CYFIP2 is a gene homolog of CYFIP1 - one of four paternally-deleted genes in patients with the more severe Type I Prader-Willi Syndrome (PWS). PWS is a neurodevelopmental disorder where 70% of cases involve paternal deletion of 15q11-q13. PWS symptoms include hyperphagia, obesity (if untreated), cognitive deficits, and obsessive-compulsive behaviors. We tested whether Cyfip1 haploinsufficiency (+/-) would enhance premorbid compulsive-like behavior and palatable food (PF) intake in a parent-of-origin-selective manner. We tested Cyfip1+/- mice on a C57BL/6N (N) background that were homozygous for the BE-associated missense mutation in Cyfip2 (S968F) as well as mice that we backcrossed to homozygosity for the C57BL/6J (J) allele at Cyfip2 (Cyfip2J/J). Cyfip1+/- mice showed increased compulsive-like behavior on both backgrounds, increased PF consumption on the Cyfip2N/N background in a paternally-enhanced manner, and decreased PF consumption in male Cyfip1+/- mice on the Cyfip2J/J background in a maternally selective manner. In the hypothalamus, there was a maternally-enhanced reduction of Cyfip1 transcription, but a paternally-enhanced reduction in CYFIP1 protein. In the nucleus accumbens, there was a maternally-enhanced reduction in CYFIP1 protein. Together, increased compulsive-like behavior, parent-of-origin-, and genetic background-dependent effects of Cyfip1 haploinsufficiency on PF consumption implicate CYFIP1 in behaviors in neurodevelopmental disorders involving reduced expression of CYFIP1, including PWS, Fragile X Syndrome, and 15q11.2 Microdeletion Syndrome.

ABSTRACT Psychostimulant (methamphetamine, cocaine) use disorders have a genetic component that remains mostly unknown. Here, we conducted genome-wide quantitative trait locus (QTL) analysis of methamphetamine stimulant sensitivity. To facilitate gene identification, we employed a Reduced Complexity Cross between closely related C57BL/6 mouse substrains and examined maximum speed and distance traveled over 30 min following methamphetamine (2 mg/kg, i.p.). For maximum methamphetamine-induced speed following the second and third administration, we identified a single genome-wide significant QTL on chromosome 11 that peaked near the Cyfip2 locus [LOD = 3.5, 4.2; peak = 21 cM (36 Mb)]. For methamphetamine-induced distance traveled, we identified a single genome-wide significant QTL on chromosome 5 that peaked near a functional intronic indel in Gabra2 that codes for the alpha-2 subunit of the GABA-A receptor [LOD = 5.2; peak = 35 cM (67 Mb)]. Striatal cis -expression QTL mapping corroborated Gabra2 as a functional candidate gene underlying methamphetamine-induced distance traveled. CRISPR/Cas9-mediated correction of the mutant intronic deletion on the C57BL/6J background to the wild-type C57BL/6NJ allele was sufficient to reduce methamphetamine-induced locomotor activity toward the wild-type C57BL/6NJ-like level, thus validating the quantitative trait variant (QTV). These studies demonstrate the power and efficiency of Reduced Complexity Crosses in identifying causal genes and variants underlying complex traits. Functionally restoring Gabra2 expression decreased methamphetamine stimulant sensitivity and supports preclinical and human genetic studies implicating the GABA-A receptor in psychostimulant addiction-relevant traits. Importantly, our findings have major implications for investigators studying psychostimulants in the C57BL/6J strain - the gold standard strain in biomedical research.

Sensitivity to different pain modalities has a genetic basis that remains largely unknown. Employing closely related inbred mouse substrains can facilitate gene mapping of nociceptive behaviors in preclinical pain models. We previously reported enhanced sensitivity to acute thermal nociception in C57BL/6J (B6J) versus C57BL/6N (B6N) substrains. Here, we expanded on nociceptive phenotypes and observed an increase in formalin-induced inflammatory nociceptive behaviors and paw diameter in B6J versus B6N mice (Charles River Laboratories). No strain differences were observed in mechanical or thermal hypersensitivity or in edema following the Complete Freunds Adjuvant (CFA) model of inflammatory pain, indicating specificity in the inflammatory nociceptive stimulus. In the chronic nerve constriction injury (CCI), a model of neuropathic pain, no strain differences were observed in baseline mechanical threshold or in mechanical hypersensitivity up to one month post-CCI. We replicated the enhanced thermal nociception in the 52.5 degrees Celsius hot plate test in B6J versus B6N mice from The Jackson Laboratory. Using a B6J x B6N-F2 cross (N=164), we mapped a major quantitative trait locus (QTL) underlying hot plate sensitivity to chromosome 7 that peaked at 26 Mb (LOD=3.81, p<0.01; 8.74 Mb-36.50 Mb) that was more pronounced in males. Genes containing expression QTLs (eQTLs) associated with the peak nociceptive marker that are implicated in pain and inflammation include Ryr1, Cyp2a5, Pou2f2, Clip3, Sirt2, Actn4, and Ltbp4 (FDR < 0.05). Future studies involving positional cloning and gene editing will determine the quantitative trait gene(s) and potential pleiotropy of this locus across pain modalities.

ABSTRACT Opioid use disorder is heritable, yet its genetic etiology is largely unknown. Analysis of addiction model traits in rodents (e.g., opioid behavioral sensitivity and withdrawal) can facilitate genetic and mechanistic discovery. C57BL/6J and C57BL/6NJ substrains have extremely limited genetic diversity, yet can show reliable phenotypic diversity which together, can facilitate gene discovery. The C57BL/6NJ substrain was less sensitive to oxycodone (OXY)-induced locomotor activity compared to the C57BL/6J substrain. Quantitative trait locus (QTL) mapping in an F2 cross identified a distal chromosome 1 QTL explaining 7-12% of the variance in OXY locomotor sensitivity and anxiety-like withdrawal in the elevated plus maze. We identified a second QTL for withdrawal on chromosome 5 near the candidate gene Gabra2 (alpha-2 subunit of GABA-A receptor) explaining 9% of the variance. Next, we generated recombinant lines from an F2 founder spanning the distal chromosome 1 locus (163-181 Mb), captured the QTL for OXY sensitivity and withdrawal, and fine-mapped a 2.45-Mb region (170.16-172.61 Mb). There were five striatal cis-eQTL transcripts in this region (Pcp4l1, Ncstn, Atp1a2, Kcnj9, Igsf9), two of which were confirmed at the protein level (KCNJ9, ATP1A2). Kcnj9, a.k.a., GIRK3, codes for a potassium channel that is a major effector of mu opioid receptor signaling. Atp1a2 codes for a subunit of a Na+/K+ ATPase enzyme that regulates neuronal excitability and shows adaptations following chronic opioid administration. To summarize, we identified genetic sources of opioid behavioral differences in C57BL/6 substrains, two of the most widely and often interchangeably used substrains in opioid addiction research.