Opioid Use Disorder is known to have a heritable component, but the genetics underlying this heritability are not well understood. Inbred laboratory mice provide a stable genetic platform useful for interrogating the genetic component of specific opioid related behaviors, with the goal of identifying novel biology underlying opioid phenotypes. In this work we used inbred mice, leveraging both the near isogenic nature of substrains and the strain-specific inheritance of ancestral haplotypes, to explore the genetics of opioid phenotypes. Through these studies we found 1) Robust, female-specific increases in oxycodone state-dependent reward learning and whole brain concentrations of the oxycodone metabolite oxymorphone in BALB/cJ vs BALB/cByJ substrains. Oxymorphone is a full agonist at the mu opioid receptor, with a higher potency and efficacy than oxycodone, and thus, increased brain oxymorphone could enhance state-dependent oxycodone reward learning. Quantitative trait locus (QTL) mapping in a BALB/c F2 reduced complexity cross revealed one major QTL on chromosome 15 underlying brain oxymorphone concentration that explained 32% of the female variance. Cis-expression QTL analysis (eQTL), exon-level eQTL analysis, liver and brain proteomics identified Zhx2 as candidate underlying these differences. 2) In a study of ancillary phenotypes, BALB/cByJ mice showed enhanced sensitivity to thermal nociception and mechanical stimulation and decreased brain weight versus BALB/cJ. We identified a QTL on chromosome 13 for hot plate sensitivity and a QTL on chromosome 5 for brain weight. Cis-eQTL mapping identified H2afy and spliceome analysis revealed differential H2afy exon usage. Whole brain proteomics further supported H2afy as a candidate gene for thermal nociception and identified Acads as a candidate for reduced brain weight. 3) Using a panel of 29 inbred mice we assessed behavioral variation and associations within opioid sensitivity, reward, antinociception, and dependence. We identified very little correlation between measures, suggesting distinct genetic components regulating theses facets of OUD. This study is preliminary to GWAS analysis and identification of loci underlying phenotypic variation. In summary, inbred mice, combined with a multi-omic approach, provide a powerful tool to identify genetic loci and candidate genes underlying complex behaviors. Future studies will validate Zhx2 and H2afy through reciprocal gene editing and tissue-specific viral manipulations in BALB/c substrains and involve GWAS analysis using oxycodone strain survey data.

Die Prävalenz der Adipositas nimmt in Deutschland seit vielen Jahren kontinuierlich zu. Adipositas entwickelt sich auf der Grundlage und Wechselwirkung genetischer Faktoren mit Verhaltensmustern, Lebensgewohnheiten und Umwelteinflüssen. In der Adipositasforschung haben Modelltiere seit der Entdeckung des Fettgewebshormons Leptin 1994 einen wesentlichen Stellenwert erhalten. Unterschiedliche Modelle haben dazu beigetragen, die Bedeutung vererblicher Faktoren bei der Adipositas – Entstehung zu verstehen. Sogenannte transgene Tiere, mit organspezifisch induzierter Ausschaltung bzw. Über– oder Unterexpression bestimmter Gene sowie temporärer Beeinflussung von Genen, haben in den letzten 15 Jahren die biomedizinische Forschung im Adipositasfeld revolutioniert. Als Hintergrundstamm für transgene Tiere ist der Inzuchtmausstamm, C57BL/6, ein sehr verbreiteter Kontrollstamm. Der C57BL/6 Mausstamm wurde vom C57BL Stamm abgeleitet, welcher in den 1920er Jahren von C.C. Little in den Jackson Laboratories (Bar Harbor, Maine, USA) etabliert wurde. Mehr als neun C57BL/6 Substämme wurden in den 1970er Jahren generiert. Die Bezeichnung Substamm wird vorgenommen, wenn sie als Zweig eines Inzuchtstammes hervorgehen, und bekannt ist oder vermutet wird, dass er sich genetisch vom Originalstamm unterscheidet. In der vorliegenden Arbeit wurde überprüft, ob sich zwei C57BL/6 Substämme, der C57BL/6JRj und der C57BL/6NTac Stamm, hinsichtlich genetischer und phänotypischer Merkmale unterscheiden. Phänotypisch untersucht wurden die Ausprägung einer Diät induzierten Adipositas, Futteraufnahme, Fettmasse und die Bewegung der Tiere. Für die genetische Analyse wurden eine Single Nukleotid Polymorphismen (SNP) Analyse durchgeführt. Im Ergebnis zeigte sich, dass der C57BL/6JRj Stamm gegenüber einer Diät induzierte Adipositas geschützt ist, während der C57BL6/NTac Stamm eine signifikante Gewichtzunahme unter Hochfettbedingungen aufweist. Die tägliche Futteraufnahme der C57BL/6NTac Mäuse war signifikant reduziert, obwohl die relative viszerale Fettmasse über 50 Prozent zunahm. Die physische Aktivität zwischen beiden Substämmen unterschied sich nicht. Die genetische SNP Analyse ergab, dass sich beide Stämme in 11 SNPs voneinander unterscheiden. Zusammenfassend zeigt die Arbeit, dass sich die Substämme, C57BL/6NTac und C57BL/6JRj, der Mauslinie C57BL/6 phänotypisch und genetisch voneinander unterscheiden. Diese Arbeit unterstreicht die Wichtigkeit der kontinuierlichen Überwachung des genetischen Hintergrundes insbesondere bei der Nutzung von transgenen Tieren.

Die Prävalenz der Adipositas nimmt in Deutschland seit vielen Jahren kontinuierlich zu. Adipositas entwickelt sich auf der Grundlage und Wechselwirkung genetischer Faktoren mit Verhaltensmustern, Lebensgewohnheiten und Umwelteinflüssen. In der Adipositasforschung haben Modelltiere seit der Entdeckung des Fettgewebshormons Leptin 1994 einen wesentlichen Stellenwert erhalten. Unterschiedliche Modelle haben dazu beigetragen, die Bedeutung vererblicher Faktoren bei der Adipositas – Entstehung zu verstehen. Sogenannte transgene Tiere, mit organspezifisch induzierter Ausschaltung bzw. Über– oder Unterexpression bestimmter Gene sowie temporärer Beeinflussung von Genen, haben in den letzten 15 Jahren die biomedizinische Forschung im Adipositasfeld revolutioniert. Als Hintergrundstamm für transgene Tiere ist der Inzuchtmausstamm, C57BL/6, ein sehr verbreiteter Kontrollstamm. Der C57BL/6 Mausstamm wurde vom C57BL Stamm abgeleitet, welcher in den 1920er Jahren von C.C. Little in den Jackson Laboratories (Bar Harbor, Maine, USA) etabliert wurde. Mehr als neun C57BL/6 Substämme wurden in den 1970er Jahren generiert. Die Bezeichnung Substamm wird vorgenommen, wenn sie als Zweig eines Inzuchtstammes hervorgehen, und bekannt ist oder vermutet wird, dass er sich genetisch vom Originalstamm unterscheidet. In der vorliegenden Arbeit wurde überprüft, ob sich zwei C57BL/6 Substämme, der C57BL/6JRj und der C57BL/6NTac Stamm, hinsichtlich genetischer und phänotypischer Merkmale unterscheiden. Phänotypisch untersucht wurden die Ausprägung einer Diät induzierten Adipositas, Futteraufnahme, Fettmasse und die Bewegung der Tiere. Für die genetische Analyse wurden eine Single Nukleotid Polymorphismen (SNP) Analyse durchgeführt. Im Ergebnis zeigte sich, dass der C57BL/6JRj Stamm gegenüber einer Diät induzierte Adipositas geschützt ist, während der C57BL6/NTac Stamm eine signifikante Gewichtzunahme unter Hochfettbedingungen aufweist. Die tägliche Futteraufnahme der C57BL/6NTac Mäuse war signifikant reduziert, obwohl die relative viszerale Fettmasse über 50 Prozent zunahm. Die physische Aktivität zwischen beiden Substämmen unterschied sich nicht. Die genetische SNP Analyse ergab, dass sich beide Stämme in 11 SNPs voneinander unterscheiden. Zusammenfassend zeigt die Arbeit, dass sich die Substämme, C57BL/6NTac und C57BL/6JRj, der Mauslinie C57BL/6 phänotypisch und genetisch voneinander unterscheiden. Diese Arbeit unterstreicht die Wichtigkeit der kontinuierlichen Überwachung des genetischen Hintergrundes insbesondere bei der Nutzung von transgenen Tieren.