Abstract Background Genetic factors affecting multiple biomedical traits in mice have been identified when GWAS data that measured responses in panels of inbred mouse strains was analyzed using haplotype-based computational genetic mapping (HBCGM). Although this method was previously used to analyze one dataset at a time; but now, a vast amount of mouse phenotypic data is now publicly available, which could lead to many more genetic discoveries. Results HBCGM and a whole genome SNP map covering 53 inbred strains was used to analyze 8462 publicly available datasets of biomedical responses (1.52M individual datapoints) measured in panels of inbred mouse strains. As proof of concept, causative genetic factors affecting susceptibility for eye, metabolic and infectious diseases were identified when structured automated methods were used to analyze the output. One analysis identified a novel genetic effector mechanism; allelic differences within the mitochondrial targeting sequence affected the subcellular localization of a protein. We also found allelic differences within the mitochondrial targeting sequences of many murine and human proteins, and these could affect a wide range of biomedical phenotypes. Implications These initial results indicate that genetic factors affecting biomedical responses could be identified through analysis of very large datasets, and they provide an early indication of how this type of ‘ augmented intelligence ’ can facilitate genetic discovery.

Abstract Genetic variation accounts for much of the risk for developing a substance use disorder (SUD). Inbred mouse strains exhibit substantial and heritable differences in the extent of voluntary cocaine intravenous self-administration (IVSA). Computational genetic analysis of IVSA data obtained from an inbred strain panel identified Nav1, a member of the neuron navigator family that regulates dendrite formation and axonal guidance, as a candidate gene. To test this hypothesis, we generated and characterized Nav1 knockout (KO) mice. Nav1 KO mice exhibited increased cocaine intake during IVSA testing. Surprisingly, Nav1 KO mice also displayed a reduced susceptibility to become opioid dependent or develop opioid-induced hyperalgesia after chronic morphine administration, and had impaired spatial learning/memory. Immunohistochemistry and electrophysiology studies revealed that inhibitory synapse density in the cortex of Nav1 KO mice was reduced, and excitatory synaptic transmission was increased in the Nav1 KO cortex and hippocampus. Transcriptomic analysis revealed that Nav1 KO mice had a marked increase in excitatory neurons in a deep cortical layer. Collectively, our results indicate that Nav1 regulates learning, memory, and the response to multiple addictive drugs, and that changes in the excitatory and inhibitory synaptic balance in the cortex and hippocampus could possibly mediate these phenotypic effects.

Abstract Rationale Mutation in human arteriovenous malformation (AVM) causative genes in a fraction of endothelial cells (ECs) causes AVMs in mice. It is unclear how a small number of mutant ECs can lead to AVM formation. Objective To understand how a fraction of mutant ECs causes AVM, we tested the following hypotheses: (1) activin receptor-like kinase 1 ( Alk1 or Acvlr1 ) mutant brain ECs undergo clonal expansion upon angiogenic stimulation, (2) Alk1 mutant ECs display growth advantage, (3) the burden of Alk 1 mutant ECs correlates with AVM severity, and (4) Alk1 mutant bone marrow (BM) derived ECs alone is sufficient to cause AVM. Methods and Results We used Pdgfb iCreER; Alk1 f/f ;confetti +/− mice which express an EC-specific tamoxifen (TM)-inducible Cre recombinase, a Cre-regulated confetti transgene, and Alk1 floxed alleles. Brain AVMs were induced by direct brain injection of an adeno-associated viral vector expressing vascular endothelial growth factor (AAV-VEGF) followed with intra-peritoneal injection of TM two weeks later. Color-predominance of confetti reporter in AVMs compared to control brain ECs suggested that clonal expansion was associated with AVM development. We treated Pdgfb iCreER; Alk1 f/f with different doses of TM to create a mosaic of wild-type (WT) and mutant ECs and found that equal numbers of Alk1 + and Alk1 − ECs were proliferating. Increase of TM dose increased the number of Alk1 − ECs, the abnormal vessels in brain AVMs, the number of arteriovenous shunts in the intestines, and mouse mortality. To test if mutation of Alk1 in BM-derived ECs can cause brain AVM, we transplanted WT mice with BM of Pdgfb iCreER; Alk1 f/f mice. After AAV-VEGF and TM treatment, these mice developed AVMs in their brains and arteriovenous shunts in their intestines. Conclusion Clonal expansion of Alk1 mutant ECs could partly explain why a fraction of mutant ECs causes AVM. Mutation of AVM causal genes in BM-derived ECs is sufficient to cause AVM formation.

Sterically-hindered diarylethenes with intrinsic chirality have shown great potential in chiral signal regulation, light-controlled liquid crystals (LCs), etc. Their unique enantiospecific phototransformation between axial chirality of ring-open isomer and central...