Cocaine blocks uptake by neuronal plasma membrane transporters for dopamine (DAT), serotonin (SERT), and norepinephrine (NET). Cocaine reward/reinforcement has been linked to actions at DAT or to blockade of SERT. However, knockouts of neither DAT, SERT, or NET reduce cocaine reward/reinforcement, leaving substantial uncertainty about cocaine's molecular mechanisms for reward. Conceivably, the molecular bases of cocaine reward might display sufficient redundancy that either DAT or SERT might be able to mediate cocaine reward in the other's absence. To test this hypothesis, we examined double knockout mice with deletions of one or both copies of both the DAT and SERT genes. These mice display viability, weight gain, histologic features, neurochemical parameters, and baseline behavioral features that allow tests of cocaine influences. Mice with even a single wild-type DAT gene copy and no SERT copies retain cocaine reward/reinforcement, as measured by conditioned place-preference testing. However, mice with no DAT and either no or one SERT gene copy display no preference for places where they have previously received cocaine. The serotonin dependence of cocaine reward in DAT knockout mice is thus confirmed by the elimination of cocaine place preference in DAT/SERT double knockout mice. These results provide insights into the brain molecular targets necessary for cocaine reward in knockout mice that develop in their absence and suggest novel strategies for anticocaine medication development.

Polygenic risk scores (PRS) have attenuated cross-population predictive performance. As existing genome-wide association studies (GWAS) have been conducted predominantly in individuals of European descent, the limited transferability of PRS reduces their clinical value in non-European populations, and may exacerbate healthcare disparities. Recent efforts to level ancestry imbalance in genomic research have expanded the scale of non-European GWAS, although most remain underpowered. Here, we present a new PRS construction method, PRS-CSx, which improves cross-population polygenic prediction by integrating GWAS summary statistics from multiple populations. PRS-CSx couples genetic effects across populations via a shared continuous shrinkage (CS) prior, enabling more accurate effect size estimation by sharing information between summary statistics and leveraging linkage disequilibrium diversity across discovery samples, while inheriting computational efficiency and robustness from PRS-CS. We show that PRS-CSx outperforms alternative methods across traits with a wide range of genetic architectures, cross-population genetic overlaps and discovery GWAS sample sizes in simulations, and improves the prediction of quantitative traits and schizophrenia risk in non-European populations. PRS-CSx is a polygenic risk score construction method that improves cross-population polygenic prediction by integrating GWAS summary statistics from multiple populations.

Compelling evidence in Caucasian populations suggests a role for copy-number variations (CNVs) in autism spectrum disorder (ASD) and schizophrenia (SCZ). We analyzed 1,108 ASD cases, 2,458 SCZ cases, and 2,095 controls in a Japanese population and confirmed an increased burden of rare exonic CNVs in both disorders. Clinically significant (or pathogenic) CNVs, including those at 29 loci common to both disorders, were found in about 8% of ASD and SCZ cases, which was significantly higher than in controls. Phenotypic analysis revealed an association between clinically significant CNVs and intellectual disability. Gene set analysis showed significant overlap of biological pathways in both disorders including oxidative stress response, lipid metabolism/modification, and genomic integrity. Finally, based on bioinformatics analysis, we identified multiple disease-relevant genes in eight well-known ASD/SCZ-associated CNV loci (e.g., 22q11.2, 3q29). Our findings suggest an etiological overlap of ASD and SCZ and provide biological insights into these disorders.

Abstract Metabolic dysfunction is thought to contribute to the severity of psychiatric disorders; however, it has been unclear whether current high-simple-sugar diets contribute to pathogenesis of these diseases. Here we demonstrate that a high-sucrose diet during adolescence induces psychosis-related behavioral endophenotypes, including hyperactivity, poor working memory, impaired sensory gating, and disrupted interneuron function in mice deficient for glyoxalase-1 (Glo1), an enzyme involved in detoxification of sucrose metabolites. Further, the high-sucrose diet induced microcapillary impairments and reduced brain glucose uptake in brains of Glo1 deficient mice. Aspirin protected against this angiopathy, enhancing brain glucose uptake, and preventing abnormal behavioral phenotypes. Similar vascular damage to our model mice was found in the brains of randomly collected schizophrenia and bipolar disorder patients, suggesting that psychiatric disorders are associated with angiopathy in the brain caused by various environmental stresses, including metabolic stress.

Abstract Methylglyoxal (MG) is a cytotoxic α -dicarbonyl byproduct of glycolysis. Our bodies have several bio-defense systems to detoxify MG, including an enzymatic system by glyoxalase (GLO) 1 and a scavenge system by vitamin B6 (VB6). We know a population of patients with schizophrenia impaired MG detoxification systems. However, the molecular mechanism connecting them remains poorly understood. We created a novel mouse model for MG detoxification deficits by feeding Glo1 knockout mice VB6-lacking diets (KO/VB6(-)) and evaluated the effects of impaired MG detoxification systems on brain function. KO/VB6(-) mice accumulated MG in the prefrontal cortex (PFC), hippocampus, and striatum, and displayed schizophrenia-like behavioral deficits. Furthermore, we found aberrant gene expression related to mitochondria function in the PFC of the KO/VB6(-) mice. We demonstrated respiratory deficits in mitochondria isolated from the PFC of KO/VB6(-) mice. These findings suggest that MG detoxification deficits might cause schizophrenia-like behavioral deficits via mitochondrial dysfunction in the PFC.

Pyridoxamine (PM) is one of the natural vitamins B6 (VB6) and functions as an endogenous inhibitor for the formation of AGEs (advanced glycation end products). The AGEs are implicated in aging, diabetes, and various neuropsychiatric disease, including schizophrenia, Alzheimer's disease, and Parkinson's disease. However, it is unclear whether the absence of PM per se accumulates AGEs in vivo and causes behavioral dysfunctions. To address these points, we raised PM-deficient fruit flies, Drosophila melanogaster, with the sterilized defined medium. Flies reared in a PM-deficient medium accumulated AGEs and reduced lifespan, impaired gustatory response, sleep, courtship behavior, and olfactory learning. These results suggest that PM suppresses AGE accumulation in vivo and is required for regulating innate and empirical behaviors.