Strains of mice that show characteristic patterns of behavior are critical for research in neurobehavioral genetics. Possible confounding influences of the laboratory environment were studied in several inbred strains and one null mutant by simultaneous testing in three laboratories on a battery of six behaviors. Apparatus, test protocols, and many environmental variables were rigorously equated. Strains differed markedly in all behaviors, and despite standardization, there were systematic differences in behavior across labs. For some tests, the magnitude of genetic differences depended upon the specific testing lab. Thus, experiments characterizing mutants may yield results that are idiosyncratic to a particular laboratory.

The goal of the Complex Trait Consortium is to promote the development of resources that can be used to understand, treat and ultimately prevent pervasive human diseases. Existing and proposed mouse resources that are optimized to study the actions of isolated genetic loci on a fixed background are less effective for studying intact polygenic networks and interactions among genes, environments, pathogens and other factors. The Collaborative Cross will provide a common reference panel specifically designed for the integrative analysis of complex systems and will change the way we approach human health and disease.

Because of intrinsic differences between humans and mice, no single mouse model can represent all features of a complex human trait such as alcoholism. It is therefore necessary to develop partial models. One important feature is drinking to the point where blood ethanol concentration (BEC) reaches levels that have measurable affects on physiology and/or behavior (>1.0 mg ethanol/ml blood). Most models currently in use examine relative oral self-administration from a bottle containing alcohol versus one containing water (two-bottle preference drinking), or oral operant self-administration. In these procedures, it is not clear when or if the animals drink to pharmacologically significant levels because the drinking is episodic and often occurs over a 24-h period. The aim of this study was to identify the optimal parameters and evaluate the reliability of a very simple procedure, taking advantage of a mouse genotype (C57BL/6J) that is known to drink large quantities of ethanol. We exchanged for the water bottle a solution containing ethanol in tap water for a limited period, early in the dark cycle, in the home cage. Mice regularly drank sufficient ethanol to achieve BEC>1.0 mg ethanol/ml blood. The concentration of ethanol offered (10%, 20% or 30%) did not affect consumption in g ethanol/kg body weight. The highest average BEC (∼1.6 mg/ml) occurred when the water-to-ethanol switch occurred 3 h into the dark cycle, and when the ethanol was offered for 4 rather than 2 h. Ethanol consumption was consistent within individual mice, and reliably predicted BEC after the period of ethanol access. C57BL/6J mice from three sources provided equivalent data, while DBA/2J mice drank much less than C57BL/6J in this test. We discuss advantages of the model for high-throughput screening assays where the goal is to find other genotypes of mice that drink excessively, or to screen drugs for their efficacy in blocking excessive drinking.

Recently, we described a simple procedure, Drinking in the Dark (DID), in which C57BL/6J mice self-administer ethanol to a blood ethanol concentration (BEC) above 1 mg/ml. The test consists of replacing the water with 20% ethanol in the home cage for 4 h early during the dark phase of the light/dark cycle. Three experiments were conducted to explore this high ethanol drinking model further. In experiment 1, a microanalysis of C57BL/6J behavior showed that the pattern of ethanol drinking was different from routine water intake. In experiment 2, drinking impaired performance of C57BL/6J on the accelerating rotarod and balance beam. In experiment 3, 12 inbred strains were screened to estimate genetic influences on DID and correlations with other traits. Large, reliable differences in intake and BEC were detected among the strains, with C57BL/6J showing the highest values. Strain means were positively correlated with intake and BEC in the standard (24 h) and a limited (4 h) two-bottle ethanol vs. water test, but BECs reached higher levels for DID. Strain mean correlations with other traits in the Mouse Phenome Project database supported previously reported genetic relationships of high ethanol drinking with low chronic ethanol withdrawal severity and low ethanol-conditioned taste aversion. We extend these findings by showing that the correlation estimates remain relatively unchanged even after correcting for phylogenetic relatedness among the strains, thus relaxing the assumption that the strain means are statistically independent. We discuss applications of the model for finding genes that predispose pharmacologically significant drinking in mice.

Inbred strains are genetically stable across time and laboratories, allowing scientists to accumulate a record of phenotypes, including physiological characteristics and behaviors. To date, the C57/C58 family of inbred mouse strains has been identified as having the highest innate ethanol consumption, but some lineages have rarely or never been surveyed. Thus, the purpose of the present experiment was to measure ethanol preference and intake in 22 inbred mouse strains, some of which have never been tested for ethanol consumption. Male and female mice (A/J, BALB/cByJ, BTBR+T(tf/tf), BUB/BnJ, C57BL/6J, C57BLKS/J, C58/J, CZECH/Ei, DBA/2J, FVB/NJ, I/LnJ, LP/J, MA/MyJ, NOD/LtJ, NON/LtJ, NZB/B1NJ, NZW/LacJ, PERA/Ei, RIIIS/J, SEA/GnJ, SM/J, and 129S1/SvlmJ) were individually housed and given unlimited access in a two-bottle choice procedure to one bottle containing tap water and a second containing increasing concentrations of ethanol (3%, 6%, 10%), 0.2% saccharin, and then increasing concentrations of ethanol (3%, 6%, 10%) plus 0.2% saccharin. Mice were given access to each novel solution for a total of 4 days, with a bottle side change every other day. Consistent with previous studies, C57BL/6J (B6) mice consumed an ethanol dose of >10g/kg/day whereas DBA/2J (D2) mice consumed <2g/kg/day. No strain voluntarily consumed greater doses of ethanol than B6 mice. Although the C58 and C57BLKS strains showed high ethanol consumption levels that were comparable to B6 mice, the BUB and BTBR strains exhibited low ethanol intakes similar to D2 mice. The addition of 0.2% saccharin to the ethanol solutions significantly increased ethanol intake by most strains and altered the strain distribution pattern. Strong positive correlations (rs> or =0.83) were determined between consumption of the unsweetened versus sweetened ethanol solutions. Consumption of saccharin alone was significantly positively correlated with the sweetened ethanol solutions (rs=0.62-0.81), but the correlation with unsweetened ethanol solutions was considerably lower (rs=0.37-0.45). These results add new strains to the strain mean database that will facilitate the identification of genetic relationships between voluntary ethanol consumption, saccharin preference, and other phenotypes.

Treatment options for Alcohol Use Disorders (AUD) have minimally advanced since 2004, while the annual deaths and economic toll have become alarmingly high. Bringing potential therapeutics beyond the bench and into the clinic for AUD requires rigorous pharmacological screening across molecular, behavioral, pre-clinical, and clinical studies in neuroscience. The repurposing of FDA approved compounds is an effective and expedited means of screening pharmacotherapies for AUD. Here, we demonstrate that apremilast, a phosphodiesterase type 4 inhibitor that is FDA approved for psoriasis and psoriatic arthritis, reduces binge-like alcohol intake and behavioral measures of motivation in unique, preclinical genetic risk models for drinking to intoxication and reduces excessive alcohol drinking in models of stress facilitated drinking and alcohol dependence. In a double blind, placebo-controlled human laboratory study in non-treatment seeking individuals with AUD, apremilast significantly reduced the number of drinks per day. Lastly, using site-directed drug infusions and electrophysiology we determined that apremilast may act by increasing neural activity in the nucleus accumbens, an important alcohol-related brain region, to reduce alcohol intake in mice. These results demonstrate that apremilast reduces excessive alcohol drinking across a spectrum of AUD severity and support its importance as a potential therapeutic for AUD.

Abstract The scientific community is increasingly concerned with cases of published “discoveries” that are not replicated in further studies. The field of mouse behavioral phenotyping was one of the first to raise this concern, and to relate it to other complicated methodological issues: the complex interaction between genotype and environment; the definitions of behavioral constructs; and the use of the mouse as a model animal for human health and disease mechanisms. In January 2015, researchers from various disciplines including genetics, behavior genetics, neuroscience, ethology, statistics and bioinformatics gathered in Tel Aviv University to discuss these issues. The general consent presented here was that the issue is prevalent and of concern, and should be addressed at the statistical, methodological and policy levels, but is not so severe as to call into question the validity and the usefulness of model organisms as a whole. Well-organized community efforts, coupled with improved data and metadata sharing, were agreed by all to have a key role to play in identifying specific problems and promoting effective solutions. As replicability is related to validity and may also affect generalizability and translation of findings, the implications of the present discussion reach far beyond the issue of replicability of mouse phenotypes but may be highly relevant throughout biomedical research.

Abstract Substance use disorders (SUDs) are heritable disorders characterized by compulsive drug use, but the biological mechanisms driving addiction remain largely unknown. Genetic correlations reveal that predisposing drug-naïve phenotypes, including anxiety, depression, novelty preference, and sensation seeking, are predictive of drug-use phenotypes, implicating shared genetic mechanisms. Because of this relationship, high-throughput behavioral screening of predictive phenotypes in knockout (KO) mice allows efficient discovery of genes likely to be involved in drug use. We used this strategy in two rounds of screening in which we identified 33 drug-use candidate genes and ultimately validated the perturbation of 22 of these genes as causal drivers of substance intake. In our initial round of screening, we employed the two-bottle-choice paradigms to assess alcohol, methamphetamine, and nicotine intake. We identified 19 KO strains that were extreme responders on at least one predictive phenotype. Thirteen of the 19 gene deletions (68%) significantly affected alcohol use three methamphetamine use, and two both. In the second round of screening, we employed a multivariate approach to identify outliers and performed validation using methamphetamine two-bottle choice and ethanol drinking-in-the-dark protocols. We identified 15 KO strains that were extreme responders across the predisposing drug-naïve phenotypes. Eight of the 15 gene deletions (53%) significantly affected intake or preference for three alcohol, eight methamphetamine or three both (3). We observed multiple relations between predisposing behaviors and drug intake, revealing many distinct biobehavioral processes underlying these relationships. The set of mouse models identified in this study can be used to characterize these addiction-related processes further.