ABSTRACT RBFOX1 is a highly pleiotropic gene that contributes to several psychiatric and neurodevelopmental disorders. Both rare and common variants in RBFOX1 have been associated with several psychiatric conditions, but the mechanisms underlying the pleiotropic effects of RBFOX1 are not yet understood. Here we found that, in zebrafish, rbfox1 is expressed in spinal cord, mid- and hindbrain during developmental stages. In adults, expression is restricted to specific areas of the brain, including telencephalic and diencephalic regions with an important role in receiving and processing sensory information and in directing behaviour. To investigate the effect of rbfox1 deficiency on behaviour, we used rbfox1 sa15940 , a rbfox1 loss-of-function line. We found that rbfox1 sa15940 mutants present hyperactivity, thigmotaxis, decreased freezing behaviour and altered social behaviour. We repeated these behavioural tests in a second rbfox1 loss-of-function line with a different genetic background, rbfox1 del19 , and found that rbfox1 deficiency affects behaviour similarly in this line, although there were some differences. rbfox1 del19 mutants present similar thigmotaxis, but stronger alterations in social behaviour and lower levels of hyperactivity than rbfox1 sa15940 fish. Taken together, these results suggest that rbfox1 deficiency leads to multiple behavioural changes in zebrafish that might be modulated by environmental, epigenetic and genetic background effects, and that resemble phenotypic alterations present in Rbfox1 -deficient mice and in patients with different psychiatric conditions. Our study thus highlights the evolutionary conservation of rbfox1 function in behaviour and paves the way to further investigate the mechanisms underlying rbfox1 pleiotropy on the onset of neurodevelopmental and psychiatric disorders.

ABSTRACT Background and Purpose Cocaine addiction causes serious health problems and no effective treatment is available yet. We previously identified a genetic risk variant for cocaine addiction in the PLCB1 gene and found this gene upregulated in postmortem brains of cocaine abusers and in human dopaminergic neuron-like cells after an acute cocaine exposure. Here, we functionally tested the contribution of PLCB1 gene to cocaine addictive properties in mice. Experimental approach We used heterozygous Plcb1 knockout mice ( Plcb1 +/-) and characterized their behavioral phenotype. Subsequently, mice were trained for operant conditioning and self-administered cocaine for 10 days. Plcb1 +/- mice were assessed for cocaine motivation, followed by 26 days of extinction and finally evaluated for cue-induced reinstatement of cocaine seeking. Gene expression alterations after reinstatement were assessed in medial prefrontal cortex (mPFC) and hippocampus (HPC) by RNAseq. Key Results Plcb1 +/- mice showed normal behavior, although they had increased anxiety and impaired short-term memory. Importantly, after cocaine self-administration and extinction, we found a reduction in the cue-induced reinstatement of cocaine-seeking behavior in Plcb1 +/- mice. After reinstatement, we identified transcriptomic alterations in the medial prefrontal cortex of Plcb1 +/- mice, mostly related to pathways relevant to addiction like the dopaminergic synapse and long-term potentiation. Conclusions and Implications To conclude, we found that heterozygous deletion of the Plcb1 gene decreases cue-induced reinstatement of cocaine seeking, pointing at PLCB1 as a possible therapeutic target for preventing relapse and treating cocaine addiction.

SUMMARY Genetic variants in YWHAZ contribute to psychiatric disorders such as autism spectrum disorder and schizophrenia, and have been related to an impaired neurodevelopment in humans and mice. Here, we used zebrafish to further understand the mechanisms by which YWHAZ contributes to neurodevelopmental disorders. We observed that ywhaz expression was panneuronal during developmental stages and restricted to Purkinje cells in the adult cerebellum, cells that are described to be reduced in number in autistic patients. We then performed whole-brain imaging in wild-type and ywhaz CRISPR/Cas9 knockout (KO) larvae and found altered neuronal activity and connectivity in the hindbrain. Adult ywhaz KO fish display decreased levels of monoamines in the hindbrain and freeze when exposed to novel stimuli, a phenotype that can be reversed with drugs that target monoamine neurotransmission. These findings suggest an important role for ywhaz in establishing neuronal connectivity during development and modulating both neurotransmission and behaviour in adults.

Previous research has implicated de novo (DN) and inherited truncating mutations in autism spectrum disorder (ASD). We aim to investigate whether the load of inherited truncating mutations contribute similarly to high functioning autism (HFA), and to characterise genes harbouring DN variants in HFA. We performed whole-exome sequencing (WES) in 20 HFA families (average IQ=100). No difference was observed in the number of transmitted versus non-transmitted truncating alleles to HFA (117 vs 130, P=0.32). Transmitted truncating and DN variants in HFA were not enriched in GO or KEGG categories, nor autism-related gene sets. However, in a HFA patient we identified a DN variant in a canonical splice site of LRP1, a post-synaptic density gene that is a target for the FMRP. This DN leads to in-frame skipping of exon-29, removing 2 of 6 blades of the β-propeller domain-4 of LRP1, with putative functional consequences. Results using large datasets implicate LRP1 across psychiatric diseases: i) DN are associated with ASD (P=0.039) and schizophrenia (P=0.008) from combined sequencing projects; ii) Common variants using Psychiatric Genomics Consortium GWAS datasets show gene-based association in schizophrenia (P=6.6E-07) and across six psychiatric diseases (meta-analysis P=8.1E-05); and iii) burden of ultra-rare pathogenic variants is higher in ASD (P=1.2E-05), using WES from 6,135 schizophrenia patients, 1,778 ASD patients and 6,245 controls. Previous and current studies suggest an impact of truncating mutations restricted to severe ASD phenotypes associated with intellectual disability. We provide evidence for pleiotropic effects of common and rare variants in the LRP1 gene across psychiatric phenotypes.

Cocaine dependence is a complex neuropsychiatric disorder that is highly comorbid with other psychiatric traits. Association studies suggest that common genetic variants contribute substantially to cocaine dependence susceptibility. Also, increasing evidence supports the role of shared genetic risk factors in the lifetime co-occurrence of psychiatric traits and cocaine dependence. Here we performed a genome-wide association study (GWAS) meta-analysis of cocaine dependence using four different dbGaP datasets (2,085 cases and 4,293 controls). Although no genome-wide significant hits were found in the SNP-based analysis, the gene-based analysis identified HIST1H2BD as significantly associated with cocaine-dependence (10% FDR). This gene is located in a region on chromosome 6 enriched in histone-related genes, previously associated with schizophrenia. The top SNPs of this region, rs806973 and rs56401801 (P=3.14e-06 and 3.44e-06, respectively), are eQTLs for different genes in multiple brain areas. Furthermore, we performed LD Score regression (LDSC) analysis with comorbid conditions and found significant genetic correlations between cocaine dependence and ADHD, SCZ, MDD and risk-taking behavior. We also found, through polygenic risk score (PRS) analysis, that all tested phenotypes can significantly predict cocaine dependence status: SCZ (R2=2.28%; P=1.21e-26), ADHD (R2=1.39%; P=4.5e-17), risk-taking behavior (R2=0.60%; P=2.7e-08), MDD (R2=1.21%; P=4.35e-15), children's aggressive behavior (R2=0.3%; P=8.8e-05) and antisocial behavior (R2=1.33%; P=2.2e-16). To our knowledge, this is the largest reported cocaine dependence GWAS meta-analysis on European ancestry individuals. Despite the small sample size, we identified suggestive associations in regions that may be related to cocaine dependence. Furthermore, we found evidence for shared genetic risk factors between cocaine dependence and several comorbid psychiatric traits.

Abstract Substance use disorder (SUD) is a global health problem with a significant impact on individuals and society. The presentation of SUD is diverse, involving various substances, ages at onset, comorbid conditions, and disease trajectories. Current treatments for SUD struggle to address this heterogeneity, resulting in high relapse rates. SUD often co-occurs with other psychiatric and mental health-related conditions that contribute to the heterogeneity of the disorder and predispose to adverse disease trajectories. Family and genetic studies highlight the role of genetic and environmental factors in the course of SUD, and point to a shared genetic liability between SUDs and comorbid psychopathology. In this study, we aimed to disentangle SUD heterogeneity using a deeply phenotyped SUD cohort and polygenic scores (PGSs) for psychiatric disorders and related traits. We explored associations between PGSs and various SUD-related phenotypes, as well as PGS-environment interactions using information on lifetime emotional, physical, and/or sexual abuse. Our results identify clusters of individuals who exhibit differences in their phenotypic profile and reveal different patterns of associations between SUD-related phenotypes and the genetic liability for mental health-related traits, which may help explain part of the heterogeneity observed in SUD. In our SUD sample, we found associations linking the genetic liability for attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD) with lower educational attainment, the genetic liability for post-traumatic stress disorder (PTSD) with higher rates of unemployment, the genetic liability for educational attainment with lower rates of criminal records and unemployment, and the genetic liability for well-being with lower rates of outpatient treatments and fewer problems related to family and social relationships. We also found evidence of PGS-environment interactions showing that genetic liability for suicide attempts worsened the psychiatric status in SUD individuals with a history of emotional physical and/or sexual abuse. Collectively, these data contribute to a better understanding of the role of genetic liability for mental health-related conditions and adverse life experiences in SUD heterogeneity.

Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) and obesity are frequently comorbid, genetically correlated, and share brain substrates. The biological mechanisms driving this association are unclear, but candidate systems, like dopaminergic neurotransmission and circadian rhythm, have been suggested. Our aim was to identify the biological mechanisms underpinning the genetic link between ADHD and obesity measures and investigate associations of overlapping genes with brain volumes. We tested the association of dopaminergic and circadian rhythm gene sets with ADHD, body mass index (BMI), and obesity (using GWAS data of N=53,293, N=681,275, and N=98,697, respectively). We then conducted genome-wide ADHD-BMI and ADHD-obesity gene-based meta-analyses, followed by pathway enrichment analyses. Finally, we tested the association of ADHD-BMI overlapping genes with brain volumes (primary GWAS data N=10,720–10,928; replication data N=9,428). The dopaminergic gene set was associated with both ADHD (P=5.81×10−3) and BMI (P=1.63×10−5), the circadian rhythm was associated with BMI (P=1.28×10−3). The genome-wide approach also implicated the dopaminergic system, as the Dopamine-DARPP32 Feedback in cAMP Signaling pathway was enriched in both ADHD-BMI and ADHD-obesity results. The ADHD-BMI overlapping genes were associated with putamen volume (P=7.7×10−3; replication data P=3.9×10−2) – a brain region with volumetric reductions in ADHD and BMI and linked to inhibitory control. Our findings suggest that dopaminergic neurotransmission, partially through DARPP-32-dependent signaling and involving the putamen, is a key player underlying the genetic overlap between ADHD and obesity measures. Uncovering shared etiological factors underlying the frequently observed ADHD-obesity comorbidity may have important implications in terms of prevention and/or efficient treatment of these conditions.

Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a neurodevelopmental disorder caused by an interplay of genetic and environmental factors. Epigenetics is crucial to lasting changes in gene expression in the brain. Recent studies suggest a role for DNA methylation in ADHD. We explored the contribution to ADHD of allele-specific methylation (ASM), an epigenetic mechanism that involves SNPs correlating with differential levels of DNA methylation at CpG sites. We selected 3,896 tagSNPs reported to influence methylation in human brain regions and performed a case-control association study using the summary statistics from the largest GWAS meta-analysis of ADHD, comprising 20,183 cases and 35,191 controls. We identified associations with eight tagSNPs that were significant at a 5% False Discovery Rate (FDR). These SNPs correlated with methylation of CpG sites lying in the promoter regions of six genes. Since methylation may affect gene expression, we inspected these ASM SNPs together with 52 ASM SNPs in high LD with them for eQTLs in brain tissues and observed that the expression of three of those genes was affected by them. ADHD risk alleles correlated with increased expression (and decreased methylation) of ARTN and PIDD1 and with a decreased expression (and increased methylation) of C2orf82. Furthermore, these three genes were predicted to have altered expression in ADHD, and genetic variants in C2orf82 correlated with brain volumes. In summary, we followed a systematic approach to identify risk variants for ADHD that correlated with differential cis-methylation, identifying three novel genes contributing to the disorder.