Abstract Addiction is commonly defined as a chronic, relapsing disorder characterized by taking drugs in excess, compulsive drug seeking, and continued use despite harmful consequences. A key unanswered question for addiction research remains why moderate levels of drug consumption escalate to problematic patterns associated with high motivation and a compulsive-like pattern of drug use in some individuals, but not others, and how sex may affect this trajectory. However, most studies to date have had low statistical power due to low sample size and used animal models with limited genetic diversity and limited access to the drug that are often not associated with significant levels of intoxication or dependence, making it difficult to draw definitive conclusions and translate the results to human. Here we characterized addiction-like behaviors in >500 outbred heterogeneous stock (HS) rats using extended access to cocaine self-administration (6h/daily) and analyzed individual differences in escalation of intake, progressive-ratio (PR) responding, continued use despite adverse consequences (contingent foot shocks), and irritability-like behavior during withdrawal. Principal component analysis showed that escalation of intake, progressive ratio responding, and continued use despite adverse consequence loaded onto a single factor that was orthogonal to irritability-like behaviors. Characterization of rats in four categories of resilient, mild, moderate, and severe addiction-like phenotypes showed that females showed higher addiction-like behaviors, particularly due to a lower number of resilient individuals. These results demonstrate that escalation of intake, continued use despite adverse consequence, and progressive ratio responding are highly correlated measures of the same psychological construct when tested in heterogeneous rats with a history of extended access to the drug, and suggest that a significant proportion of males, but not females may be resilient to addiction-like behaviors.

Affordable sequencing and genotyping methods are essential for large scale genome-wide association studies. While genotyping microarrays and reference panels for imputation are available for human subjects, non-human model systems often lack such options. Our lab previously demonstrated an efficient and cost-effective method to genotype heterogeneous stock rats using double-digest genotyping-by-sequencing. However, low-coverage whole-genome sequencing offers an alternative method that has several advantages. Here, we describe a cost-effective, high-throughput, high-accuracy genotyping method for N/NIH heterogeneous stock rats that can use a combination of sequencing data previously generated by double-digest genotyping-by-sequencing and more recently generated by low-coverage whole-genome-sequencing data. Using double-digest genotyping-by-sequencing data from 5,745 heterogeneous stock rats (mean 0.21x coverage) and low-coverage whole-genome-sequencing data from 8,760 heterogeneous stock rats (mean 0.27x coverage), we can impute 7.32 million bi-allelic single-nucleotide polymorphisms with a concordance rate >99.76% compared to high-coverage (mean 33.26x coverage) whole-genome sequencing data for a subset of the same individuals. Our results demonstrate the feasibility of using sequencing data from double-digest genotyping-by-sequencing or low-coverage whole-genome-sequencing for accurate genotyping, and demonstrate techniques that may also be useful for other genetic studies in non-human subjects.

Delay discounting refers to the behavioral tendency to devalue rewards as a function of their delay in receipt. Heightened delay discounting has been associated with substance use disorders, as well as multiple co-occurring psychopathologies. Genetic studies in humans and animal models have established that delay discounting is a heritable trait, but only a few specific genes have been associated with delay discounting. Here, we aimed to identify novel genetic loci associated with delay discounting through a genome-wide association study (GWAS) using Heterogenous Stock rats, a genetically diverse outbred population derived from eight inbred founder strains. We assessed delay discounting in 650 male and female rats using an adjusting amount procedure in which rats chose between smaller immediate sucrose rewards or a larger reward at variable delays. Preference switch points were calculated for each rat and both exponential and hyperbolic functions were fitted to these indifference points. Area under the curve (AUC) and the discounting parameter

Delay discounting refers to the behavioral tendency to devalue rewards as a function of their delay in receipt. Heightened delay discounting has been associated with substance use disorders and multiple co-occurring psychopathologies. Human and animal genetic studies have established that delay discounting is heritable, but only a few associated genes have been identified. We aimed to identify novel genetic loci associated with delay discounting through a genome-wide association study (GWAS) using Heterogeneous Stock (HS) rats, a genetically diverse outbred population derived from eight inbred founder strains. We assessed delay discounting in 650 male and female HS rats using an adjusting amount procedure in which rats chose between smaller immediate sucrose rewards or a larger reward at various delays. Preference switch points were calculated and both exponential and hyperbolic functions were fitted to these indifference points. Area under the curve (AUC) and the discounting parameter k of both functions were used as delay discounting measures. GWAS for AUC, exponential k, and one indifference point identified significant loci on chromosomes 20 and 14. The gene Slc35f1, which encodes a member of the solute carrier family, was the sole gene within the chromosome 20 locus. That locus also contained an eQTL for Slc35f1, suggesting that heritable differences in the expression might be responsible for the association with behavior. Adgrl3, which encodes a latrophilin subfamily G-protein coupled receptor, was the sole gene within the chromosome 14 locus. These findings implicate novel genes in delay discounting and highlight the need for further exploration.

Abstract Protein-based biomaterials offer several advantages over synthetic materials, owing to their unique stimuli-responsive properties, biocompatibility and modular nature. We have successfully developed protein block polymers that consist of elastin like polypeptide (E) and the coiled-coil domain of cartilage oligomeric matrix protein (C). Here, we demonstrate that E 5 C, a construct consisting of five repeats of E and a single domain of C, is capable of forming a porous networked gel at physiological temperature, making it an excellent candidate for injectable biomaterials. Combination of E 5 C with Atsttrin, a chondroprotective engineered derivative of anti-inflammatory growth factor progranulin (PGRN), provides a unique biochemical and biomechanical environment to protect against post-traumatic osteoarthritis (PTOA) onset and progression. E 5 C gel was demonstrated to provide prolonged release of Atsttrin and inhibit chondrocyte catabolism while facilitating anabolic signaling in vitro . We also provide in vivo evidence that prophylactic and therapeutic application of Atsttrin-loaded E 5 C hydrogels protected against PTOA onset and progression in a rabbit anterior cruciate ligament transection model. Collectively, we have developed a unique protein-based gel capable of minimally invasive, sustained delivery of prospective therapeutics, particularly the PGRN-derivative Atsttrin, for prevention of OA onset and progression.