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.

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.

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.

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.