background image

GSDME unlocks astrocyte-driven neurotoxicity in 

Alzheimer’s Disease

 

Xueman Xie

1,4

, Chenhui Ji

2,4

, Jinmei Xu

3,4

, Xiaoyang Lu

1,4

, Guigui Guo

1,4

, Xiaomin 

Wu

1

,  Wenjing  Liu

1

,  Yaozhen  Chen

3

, Yuanxing  Zhang

1

,  Jintao  Wang

2

,  Jianping  Li

2

Xingbin Hu

3,

*,  Shouwen Chen

1,

*, Gang Wang

2,

* and Qin Liu

1,5,

*

 

1

State Key Laboratory of Bioreactor Engineering, Shanghai Frontiers Science Center 

of Optogenetic Techniques for Cell Metabolism, East China University of Science and 

Technology, Shanghai 200237, China

 

 

2

Department of Neurology, Renji Hospital, Shanghai Jiao Tong University, School of 

Medicine, Shanghai, China

 

3

Department  of  Transfusion  Medicine,  Xijing  Hospital,  Fourth  Military  Medical 

University, Xi’an, Shanxi, China

 

4

These authors contributed equally to this work.

 

5

Lead contact

 

*Correspondence:

 

hxbyqh@fmmu.edu.cn

;

wanggang@renji.com

;

swchen@ecust.edu.cn

; 

qinliu@ecust.edu.cn;

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

SUMMARY

 

Astrocytic  calcium  dysregulation  and  reactivity  precede Aβ  deposition  in  amyloid-β 

deposition in Alzheimer’s disease (AD) but the neurotoxic mechanisms remain unclear. 

We  show  that  GSDME  acts  as  a  switch,  linking  MAM-mediated  calcium  release  to 

astrocyte-driven  neurotoxicity.  Specifically, Aβ-activated  microglial  signals  activate 

astrocytic  GSDME,  releasing  its  N-terminal  fragment,  which  targets  MAMs  and 

triggers ER calcium efflux. This induces biphasic CaMKIIα phosphorylation, initially 

boosting  NRF2  defenses,  then  activating  NF-κB-driven  inflammation,  shifting 

astrocytes  from  protective  to  toxic  states.  GSDME  activation  also  drives  astrocyte-

derived exosomes (ADEs) to carry neurotoxic tau, proinflammatory miRNAs, and toxic 

lipids, propagating toxicity. GSDME deletion in AD mice reduces Aβ burden, restores 

NF-κB/NRF2  balance,  reprograms  astrocytes  and  ADEs  to  protective  states,  and 

rescues cognition. Multi-omics profiling of serum ADEs from AD patients reveals a 

disease-specific signature with central neurotoxicity and peripheral immune regulation. 

These findings position GSDME as a promising dual diagnostic and therapeutic target 

for early AD invention.

 

 

Keywords

 

Alzheimer’s disease, astrocyte reactivity, GSDME; calcium signaling, mitochondrial-

associated  ER  membranes  (MAMs),  exosome,  neuroinflammation;  NF-κB/NRF2 

balance.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

INTRODUCTION

 

Alzheimer’s disease (AD), the predominant form of dementia, is classically defined by 

amyloid-β  (Aβ)  plaques  and  tau  neurofibrillary  tangles.

1-4

 

However,  longitudinal 

studies reveal that 20-30% of Aβ-positive individuals maintain cognitive stability over 

decadal follow-ups,

5,6

 underscoring the necessity to identify co-factors that convert Aβ 

pathology  into  neurodegeneration.

 

Emerging  preclinical  evidence  reveals  a  critical 

temporal pattern, astrocyte reactivity-manifested by pro-inflammatory activation and 

impaired  glutamate  uptake  precedes  detectable  Aβ  deposition  and  tau 

hyperphosphorylation

.

7-10

 

This  early  astrocytic  dysfunction  is  further  supported  by 

human biomarker studies, where elevated plasma GFAP, a reactivity marker, predicts 

subsequent tau propagation in presymptomatic stages.

9,11

 

Collectively, these findings 

position  astrocyte  reactivity  as  a  potential  initiator  of AD  pathogenesis.  Given  the 

limited  efficacy  of Aβ-targeting  therapies  in  late-stage    disease,

12,13

  identifying  the 

molecular triggers and spatiotemporal progression of astrocyte reactivity

 

may offer a 

strategic  window  for  early  interventions  to  halt  synaptic  degeneration  before 

irreversible damage occurs.

14

 

Astrocytic  calcium  dysregulation  emerges  as  a  pivotal  early  event  in  AD 

pathogenesis

.

7,10,15

 

Under physiological  conditions, calcium  oscillations in astrocytes 

maintain  synaptic  efficiency  and  neurovascular  coupling  through  regulated 

gliotransmitter  release.

16

  In  early  AD,  however,  these  cells  develop  pathological 

calcium  hyperactivity,  which 

 

occurs  prior  to  Aβ  deposition  and  drives  synaptic 

hyperexcitability.

1,17 

This  aberrant  signaling  disrupts  neurovascular  coordination  by 

altering  prostaglandin  release  and  exacerbates  neuroinflammation  via  uncontrolled 

cytokine  secretion

.

18,19

 

Crucially,  restoring  calcium  homeostasis  reverses  cognitive 

deficits  in  preclinical  models,

20

  while  spatial  transcriptomics  identifies  calcium-

dependent  inflammatory  pathways  in  plaque-associated  astrocytes  from  human AD 

brains

.

21,22

 Despite these advancements, a significant knowledge gap remains regarding 

the mechanisms by which early calcium signaling anomalies trigger the transition from 

homeostatic astrocytes to a chronically reactive state.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Emerging  evidence  underscores  the  dualistic  role  of  astrocyte  reactivity  in 

neurodegeneration,  governed  by  distinct  activation  states

.

19,23

 

Early  classifications 

proposed  a  binary  paradigm  that  neurotoxic  (A1)  astrocytes  induced  by  microglial 

inflammatory signals, such as IL-1α and TNF-α, via JAK-STAT/NF-κB pathways, and 

neuroprotective (A2) astrocytes activated in ischemic contexts.

7,19

 Recently, single-cell 

and  spatial  transcriptomics  redefine  this  dichotomy,  identifying  disease-associated 

astrocyte  (DAA)  subpopulations  marked  by  inflammatory  gene  signatures,  notably 

exhibiting elevated expression of C3, alongside phagocytic dysfunction.

24 

These DAAs 

engage  in  bidirectional  crosstalk  with  microglia  through  cytokines,  including  IL-6, 

TGF-β,

25

 

and  recruit  peripheral  immune  cells  via  chemokine  gradients  such  as 

CXCL10,

2

6

  thereby  establishing  self-reinforcing  neuroinflammatory  niches  that 

accelerate synaptic loss. Crucially, spatial mapping reveals DAAs forming peri-plaque 

"hotspots"  that  expand  with  disease  progression.

22 

However,  the  fundamental 

mechanism  by  which  localized  astrocytic  inflammatory  foci  propagate  across  brain 

networks remains elusive.

 

While  gasdermin  (GSDM)-gated  pyroptosis  has  been  reported  to  engaged  in 

microglial and neuronal dysfunction in neurodegeneration

27

, such as ALS

28

 and MS

29

however,  its  role  in  reactive  astrocytes  and AD-related  pathologies  remains  largely 

unknown.  Here,  we  identify  a  non-canonical  GSDME  activation  pathway  that 

transforms  astrocytes  into  neurodegenerative  effectors  via  calcium-dependent 

mechanisms.  In  response  to

 

Aβ-activated  microglial  conditional  culture  medium, 

GSDME  cleavage  targets  its  N-terminal  fragment  to  mitochondria-associated  ER 

membranes (MAMs), inducing ER calcium efflux and activating the CaMKIIα-NF-κB 

axis to drive reactive astrocyte-induced neurotoxicity. Notably, astrocytic neurotoxicity 

can  be  propagated  through  astrocyte-derived  exosomes  (ADEs)  enriched  with 

pathogenic  cargo.  In AD  patient  brains  and  5×FAD  mice,  GSDME  activation  was

 

predominantly observed in reactive astrocytes, while genetic GSDME ablation reduces 

Aβ deposition, restores  NF-κB/NRF2 balance,  and converts  astrocytes  and ADEs to 

neuroprotective phenotypes. Multi-omics of serum ADEs from AD patients reveals a 

neurotoxic  signature,  AD-ADEs  activate  microglia,  induce  neurotoxic  astrocytes, 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

increase  neuronal  death,  and  also  reduce  platelet/neutrophil  counts  in  mice.  Our 

findings collectively identify GSDME as a dual regulator of astrocyte reactivity and 

ADE neurotoxicity, proposing therapeutic targeting of GSDME alongside serum ADE 

monitoring for real-time disease tracking.

 

RESULTS

 

GSDME  exhibits  spatial  and  subcluster-specific  heterogeneous  expression  in 

human and mouse astrocytes.

 

To investigate the potential involvement of GSDM family members in the central CNS, 

we analyzed publicly available RNA sequencing data from human

30

 and mouse

3

1

 brain 

tissues. Notably, GSDME transcript levels were markedly higher in the brain compared 

to other GSDM family members (

Figure S1

A and S1B). Further examination of single-

cell  RNA-seq  data

32

  revealed  pronounced  GSDME  expression  in  the 

Slc1a3

high

 

astrocyte subpopulation (

Figure S1

C

), suggesting a cell-type-specific role in astrocytes. 

Given  the  established  heterogeneity  of  astrocytes,  we  next  evaluated  GSDME 

expression  patterns  across  astrocyte  subtypes  using  high-resolution  single-cell 

transcriptomic  data.

32,33

 

Our  analysis  showed  that  AST1  and  AST4  were  the  main 

subtypes with high GSDME expression under resting conditions (

Figure S1

D). These 

subtypes are characterized by high 

GFAP

 and 

Slc1a3

 expression, consistent with prior 

whole-brain  single-cell  studies

32

 

(

Figure  S1

C).  Intriguingly,  GSDME  expression 

correlated strongly with 

GFAP

, but less with other astrocytic markers, including 

Slc1a3

Aldh1l1

,  or 

Slc1a2

  (

Figure  S

1E),  underscoring  varied  GSDME  expression  among 

astrocyte subtypes.

 

Based  on  the  spatial  position  data  concerning  the 

GFAP

high 

AST1  and  AST4 

astrocyte  subtypes,

33

 

we  hypothesized  that  GSDME  expression  in  astrocytes  might 

similarly  favor  the  hippocampal  region.  To  evaluate  this  hypothesis,  we  extracted 

astrocytes from both the cerebral cortex and the hippocampus for immunoblot analysis. 

Our results demonstrated that GSDME protein levels were higher in astrocytes isolated 

from  the  hippocampus  compared  to  those  from  the  cerebral  cortex  (

Figure  S1

F  and 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

S1G). To verify the astrocyte-specific enrichment of GSDME in the hippocampus, we 

isolated  astrocytes,  microglia,  and  neurons  from  this  region  and  performed 

immunoblotting.  GSDME  was  detected  exclusively  in  GFAP-positive  astrocyte 

fractions,  while  GSDMD  was  absent  (

Figure  S1

H  and  S1I).  Consistently,  mouse 

hippocampal co-staining showed strong GSDME-GFAP colocalization, with no overlap 

with  NeuN  or  microglial  markers  (

Figure  S1

J  and  S1K).  Human  hippocampal  co-

staining  confirmed GSDME-GFAP  colocalization (

Figure  S1

L  and S1M), validating 

single-cell RNA-seq findings.

 

Pathological  GSDME  activation  in  reactive  astrocytes  is  shared  by  both  AD 

patients and 5×FAD mouse 

 

To  elucidate  the  pathogenic  role  of  astrocytic  GSDME  in  AD,  we  conducted  an 

integrative multi-omics analysis of human postmortem brain samples, complemented 

by  functional  validation  in  5×FAD  mouse  models.  Single-nucleus  RNA  sequencing 

comparing  AD  and  other  neurodegenerative  patients  to  controls  demonstrated  a 

significantly  increase  in 

GSDME

  transcript  levels  (

Figure  1

A),  particularly  within 

reactive astrocyte clusters

34-40

 (

Figure S1

N-S1Q). As GSDME activation is functionally 

essential,

41

 we analyzed hippocampal lysates from both AD patients and controls by 

immunoblotting. The  results  showed  elevated  GSDME-NT  fragments  and  increased 

caspase-3  activation  in AD  samples,

 

correlating  with  decreased  synaptic  expression 

compared to controls (

Figure 1

B and 1C).To substantiate the role of astrocytic GSDME 

activation in AD we conducted co-immunostaining of human tissue sections using C3, 

a marker for neurotoxic astrocytes, along  with  GFAP and GSDME-NT.  The results 

indicated a higher proportion of GSDME-NT-positive neurotoxic reactive astrocytes in 

AD  brain  samples  (

Figure  1

D  and  1E).  These  observations  imply  that  GSDME 

activation in reactive astrocytes may contribute to AD pathogenesis.

 

To  further  validate  the 

in  vivo 

significance  of  GSDME  activation  in  AD 

pathogenesis,  we  examined  cortical  and  hippocampal  tissues  from  5×FAD  mice  at 

various  aging  timepoints.  Immunoblotting  revealed  a  significant  linear  correlation 

between  the  intensity  of  the  GSDME  cleavage  fragment  band  and  mouse  age, 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

suggesting progressive GSDME activation in parallel with AD pathology (

Figure 1

F-

1I). Immunofluorescence (IF) analysis in 6-month-old 5×FAD mice showed an increase 

in GSDME-NT-positive astrocytes surrounding Aβ plaques, compared to age-matched 

controls, with pronounced colocalization between GSDME-NT and C3 (

Figure 1

J and 

1K).  Notably,  adult  mouse  brain  cell  fractionation  assays  confirmed  that  GSDME 

cleavage  products  were  predominantly  localized  within  the  astrocytic  compartment 

(

Figure  1

L  and  1M).  Collectively,  these  findings  demonstrate  that  pathological 

activation of GSDME in reactive astrocytes is a common feature observed in both AD 

patients and the 5×FAD mouse model.

 

Non-pyroptotic  GSDME  activation  is  required  for  reactive  astrocyte-mediated 

neurotoxicity

 

Building upon the observed pathological correlation between GSDME activation and 

AD  progression,  we  subsequently  explored  its  functional  role  in  Aβ-induced  glial 

crosstalk, a recognized contributor to neurotoxicity in AD pathogenesis.

15,42

 To emulate 

disease-relevant  interactions  between  microglia  and  astrocytes,  we  established  an 

in 

vitro

 model system. In this system, BV2 microglial cells were primed with pathogenic 

1-42

 oligomers to  produce activated microglia-conditioned medium  (AMCM), and 

primary astrocytes were subsequently exposed to this AMCM to observe phenotypic 

transformation.  Temporal  transcriptomic  analysis  demonstrated  that  prolonged 

exposure to AMCM induced a progressive transformation in astrocytes, characterized 

by a stable neurotoxic transcriptional signature at 24, 48, 72 and 96 h post-stimulation 

(hps) compared to  microglia-conditioned medium (MCM) with  PBS treatment. This 

neurotoxic  shift  was  characterized  by  three  distinct  molecular  features:  (1) 

Upregulation  of  neurotoxic  mediators,  such  as

  C3

,  and 

Srgn

,  consistent  with  their 

known  roles  in  reactive  astrogliosis  and  neuroinflammatory  responses;

19

  (2) 

Dysregulation  of  protective  pathways,  evidenced  by  significant  downregulation  of 

S100A10

Sphk1

 and 

Emp1

, thereby compromising their neuroprotective functions; and 

(3) Deficits in neurotrophic support, as indicated by reduced levels of 

Fgf1

Shh

 and 

Gpc4

, critically impairing synaptic maintenance and neuronal survival

43

 (

Figure S2

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

and S2B).

 

These molecular changes collectively establish AMCM-induced astrocytic 

transformation  as  a  key  mediator  of AD-related  neurodegeneration,  with  concurrent 

activation of detrimental pathways and suppression of protective mechanisms.

 

To elucidate the functional role of GSDME activation in reactive astrocytes, we 

investigated  whether  the  caspase-3-GSDME  signaling  pathway  (

Figure  2

A),  which 

executes  pyroptosis  through  GSDME  cleavage,

41

  was  operational  in AMCM-treated 

astrocytes.  Temporal  analysis  following  AMCM  treatment  demonstrated  sustained 

caspase-3 activation, leading to robust GSDME cleavage and production of GSDME-

NT fragments (

Figure 2

B and S2C). Contrary to the anticipated outcomes associated 

with  pyroptotic  cell  death,  neither  LDH  release  assays  (

Figure  2

C  and  S2D)  nor  PI 

staining (

Figure 2

D and S2E) detected compromised membrane integrity in AMCM-

treated  groups.  These  findings  contrast  with  the  significant  cell  death  increases 

observed  in  GSDME-NT-EGFP  overexpression  controls.  To  further  validate  these 

observations,  we  performed  IF  staining  (

Figure  2

E,  2F  and  S2F-2H)  and  scanning 

electron  microscopy  (SEM)  on  AMCM-treated  astrocytes  (

Figure  2

G  and  2H). 

Quantitative analysis revealed a marked increase in GSDME-NT-positive cells under 

AMCM  conditions,

 

while  the  cellular  morphology  remained  indistinguishable  from 

controls, exhibiting no blebbing and intact membranes, and demonstrated significantly 

lower PI-positive cell counts compared to GSDME-NT-EGFP controls (

Figure 2

E-2H). 

These  convergent  data  imply  that  while  AMCM  activates  GSDME  cleavage  in 

neurotoxic  reactive  astrocytes,  this  activation  does  not  induce  classical  pyroptotic 

features such as membrane pore formation or cell blebbing typically associated with 

pyroptotic cell death.

 

Recent  studies  indicate  that  neurotoxic  reactive  astrocytes  obtain  aberrant 

functions,  including  impaired  phagocytosis  and  disrupted  induction  of 

synaptogenesis.

1

9

 

To assess the role of GSDME in these abnormalities, we stimulated 

both wild-type and GSDME KO astrocytes with MCM or AMCM for 24 h, evaluating 

phagocytic activity by quantifying synaptosome uptake. The results demonstrated that 

AMCM-treated GSDME KO astrocytes exhibited increased phagocytosis of pHrodo-

labeled  synaptosomes  compared  to  AMCM-treated  WT  astrocytes,  aligning  with 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

MCM-treated WT  astrocytes  (

Figure  2

I  and  2J). This  corresponds  with  upregulated 

mRNA  expression  of  phagocytic  receptors,

1

9

 

Megf10,  Mertk,  Axl,

  along  with  the 

bridging  molecule 

Gas6

  in  AMCM-exposed  GSDME  KO  astrocytes  compared  to 

AMCM-treated WT astrocytes (

Figure 2

K).

 

Additionally, genes encoding synaptogenic 

factors, 

Thbs1,  Gpc6,  Sparcl1

  were  upregulated  in  AMCM-treated  GSDME  KO 

astrocytes versus WT (

Figure 2

K). This suggests that the knockout of GSDME, to some 

extent, alleviates the abnormalities in astrocytic function following AMCM treatment. 

To  assess  neurotoxicity,  we  administered  astrocyte-conditioned  medium  (ACM) 

harvested  from  MCM-treated WT,  MCM-treated  GSDME  KO, AMCM-treated  WT, 

and  AMCM-treated  GSDME  KO  astrocytes  to  cultures  of  mouse  primary  cortical 

neurons. Our results indicated that, in comparison to the control group exposed to ACM 

derived from AMCM-treated WT astrocytes, ACM from AMCM-treated GSDME KO 

astrocytes significantly reduced neuronal deaths (

Figure 2

L and 2M). These findings 

suggest that GSDME deficiency have the potential to attenuate neuronal death caused 

by neurotoxic reactive astrocytes, thereby highlighting a possible therapeutic target for 

neuroprotective strategies.

 

MAM-localized GSDME-NT drives ER-to-cytosol Ca²⁺ efflux to trigger neurotoxic 

reactive astrogliosis

 

Given that GSDME was activated in reactive astrocytes without inducing pyroptosis, 

we  sought  to  identify  the  specific  intracellular  membranes  targeted  by  the  released 

GSDME-NT.  To  determine  the  distribution  of  GSDME-NT  across  the  intracellular 

membranes  of  reactive  astrocytes,  we  employed  a  standard  protocol

44

  for  isolating 

fractions of mitochondria, endoplasmic reticulum (ER), and mitochondria-associated 

ER membranes (MAMs), constituting the primary intracellular membrane systems in 

mammalian  cells  (

Figure  3

A).  To  assess  the  quality  of  subcellular  fractionation, 

immunoblotting was utilized to analyze marker proteins specific to different cellular 

compartments.  The  results  revealed  that  VDAC1,  a  mitochondrial  marker,  was 

predominantly  detected  in  the  pure  mitochondria  fraction  and  was  absent  from  the 

cytosol  fraction.  Likewise,  calnexin,  acting  as  a  marker  for  both  ER  and  MAMs, 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

exhibited  significant  levels  in  both  ER  and  MAM  fractions.  Consistent  with  these 

findings, ACSL4, previously identified as an MAM-resident protein,

45

 

was enriched in 

the  MAM  fraction.  Conversely,  β-actin,  a  cytosolic  marker,  was  not  detected  in 

mitochondria, MAMs, or ER fractions (

Figure 3

A). Collectively, these findings suggest 

a high

 

quality of subcellular fractionation harvest.

 

Upon  administering AMCM,  we  observed  a  notable  elevation  in  GSDME-NT 

fragments  in  the  whole  cell  lysates  of  WT-AMCM  astrocytes  compared  to  MCM-

treated controls (

Figure 3

A). This finding implies the activation of GSDME in reactive 

astrocytes. Further delving the activation of GSDME in various subcellular fractions, 

we discovered a significant enrichment of GSDME-NT fragments specifically in the 

MAM  fraction,  as  opposed  to  the  mitochondria  fraction  (

Figure  3

A).  IF  staining 

followed by structured illumination microscopy (SIM) imaging revealing a significant 

elevation in the colocalization of GSDME-FL with ACSL4 in WT-AMCM astrocytes 

compared  to

 

WT-MCM  astrocytes  (

Figure  3

B  and  3C).  Additional

 

SIM  imaging 

showcased a high degree of colocalization between GSDME-NT and ACSL4 (

Figure 

3

D  and  3E)  and  hinted  at  the  targeting  of  GSDME-NT  to  MAMs.  Furthermore, 

transmission  electron  microscopy  (TEM)  observations  confirmed  frequent  GSDME-

NT labeling at ER-mitochondria contact sites (

Figure 3

F). Stereological analysis further 

revealed the distinct enrichment of GSDME-NT at MAMs (

Figure 3

G and 3H). These 

results suggest that GSDME, activated by AMCM, is translocated to MAMs in reactive 

astrocytes.

 

Ca

2+

 transfer is a primary function attributed to ER-mitochondrial contact sites.

46

 

Given  that  GSDME-NT  targets  and  forms  pores  on  the  membrane,  we  investigated 

whether the translocation of GSDME-NT to MAMs facilitates Ca

2+

 transfer. To test this 

hypothesis, we utilized Fluo 8-AM, a fluorescent cytoplasmic Ca

2+

 indicator, to monitor 

changes in cytoplasmic Ca

2+

 concentration in reactive astrocytes. Our findings reveal 

that incubation with AMCM significantly increases cytoplasmic Ca

2+

 concentration in 

these cells (

Figure 3

I and 3J).

 

However, this elevation was markedly impeded in the 

absence  of  GSDME  (

Figure  3

I  and  3J).  Additionally,  we  quantified  the  mRNA 

expression of 

Calm3

, an inherent calcium-binding protein capable of sensing cytosolic 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Ca

2+

 levels,

47

 as an indicator of cytoplasmic Ca

2+

 concentration changes in astrocytes. 

Consistently,

 

we  noted  a  reduction  in 

Calm3

  transcription  in  GSDME  KO-AMCM 

astrocytes  compared  to  their  WT-AMCM  counterparts  (

Figure  3

K).  These  results 

suggest that GSDME-NT targeting MAMs contributes to the elevation of cytoplasmic 

Ca

2+

 concentration in reactive astrocytes.

 

Next,  we  expressed  genetically  encoded  Ca

2+

  indicators  specifically  targeting 

cytosol (GCaMP6s), ER (CEPIA1-ER), and mitochondria (CEPIA4-Mito) to monitor 

Ca

2+

 dynamics

48,49

 (

Figure S3

A-S3E). Notably, the depletion of extracellular Ca

2+

 did 

not change the intracellular Ca

2+

 elevation through GCaMP6s fluorescence intensity

 

observation  in  astrocytes  treated  with  AMCM  (

Figure  3

L).  This  suggests  that  the 

cytosolic Ca

2+ 

rise primarily originates from GSDME pores located at the endosomal 

membrane, rather than the plasma membrane. Meanwhile, the fluorescence intensity 

enhancement of GCaMP6s in WT-AMCM astrocytes was suppressed in the absence of 

GSDME (

Figure 3

L). These results reinforce the hypothesis that GSDME-NT targeting 

MAMs  contributes  to  the  cytoplasmic  Ca

2+

  concentration  elevation. To  pinpoint  the 

source of this cytoplasmic Ca

2+

 surge, we

 

dissected Ca

2+

 dynamics within mitochondria 

and ER, the principal Ca

2+

 reservoirs in astrocytes. The analysis reveals that AMCM 

triggers a decrease in ER Ca

2+

 dynamics, as evidenced by CEPIA1-ER fluorescence 

(

Figure  3

M),  while  simultaneously  inducing  an  increase  in  mitochondrial  Ca

2+

 

dynamics,  demonstrated  by  CEPIA4-Mito  fluorescence  (

Figure  3

N),  in  reactive 

astrocytes compared to WT-MCM astrocytes. Therefore, we believe that GSDME-NT 

localizes to MAMs, facilitating the release of Ca

2+

 from ER into cytosol.

 

To mechanistically interrogate the causal linkage between GSDME-NT-driven ER 

calcium  mobilization  and  neurotoxic  astrocyte  transformation,  we  designed  two 

molecular  probes

namely  full-length  EMC10-GSDME-NT-EGFP  incorporating  the 

ER-localizing  EMC10  domain

50

  and  its  N-terminal  56-amino  acid

41

  truncated 

counterpart  EMC10-GSDME-NT(Δ56)-EGFP.  Lentiviral  delivery  of  EMC10-

GSDME-NT-EGFP  in  primary  astrocytes  preserved  viability  equivalent  to  EMC10-

EGFP controls, consistent with prior observations of pyroptosis-independent GSDME 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

activation  (

Figure  S3

F).  IF  quantification  demonstrated  a  notable  elevation  in  C3 

expression in cells expressing EMC10-GSDME-NT, a finding further substantiated by 

qPCR, which indicated a coordinated transcriptional upregulation of genes specific to 

neurotoxicity (

Figure 3

O-3P). In contrast, the Δ56 truncation mutant not only inhibited 

C3 induction but also repressed the expression of neurotoxic-specific genes (

Figure 3

O-

3P).These evidences collectively suggest that MAM-anchored GSDME-NT mediates 

compartment-specific  calcium  shutting  from  ER  to  cytosol,  which  functions  as  a 

molecular switch initiating the neurotoxic astrogliosis program.

 

Phase-Specific  CaMKⅡα  phosphorylation  by  GSDME  governs  the 

neuroprotective-to-neurotoxic transition

 

To  elucidate  how  GSDME-NT  induces  MAM-dependent  calcium  dysregulation  and 

drives  astrocytes  to  a  neurotoxic  state,  we  combined  transcriptomic  profiling  with 

functional validation. Unexpected, bulk RNA sequencing demonstrated that GSDME 

knockout  suppressed  transcription  of  neurotoxic  genes  such  as 

C3

  and 

Lcn2

,

 

while 

upregulating  protective  markers  including 

S100A10

Emp1

,  and 

Sphk1

  (

Figure  4

A). 

These data indicate that  GSDME is essential for

 

 reprogramming astrocytes toward a 

neuroprotective  phenotype.  KEGG  pathway    enrichment  analysis  identified  calcium 

signaling  as  the  most  significantly  affected  pathway  (

Figure  4

B),  aligning  with 

GSDME’s  role  in    modulating  calcium  dynamics  at  the  ER-mitochondria  interface. 

Further  differential  expression  analysis  within  the  calcium  signaling  category 

highlighted

 

Camk2a

  (the  gene  encoding  CaMKIIα)  as  a  central  regulator  of  the 

GSDME-driven neurotoxic transition (

Figure 4

C). Functionally validation via siRNA-

mediated knockdown of 

Cam

k2a demonstrated that suppression of CaMKIIα abrogates 

the induction of protective gene (

Figure 4

D), confirming CaMKIIα as a key effector in 

the GSDME-calcium signaling axis.

 

Time-resolved  immunoblot  analysis  revealed  that  astrocytes  adopt  a 

neuroprotective  phenotype  within  12  hps,  as  indicated  by  increased  expression 

of

 

S100A10,

 

SPHK1,  and

 

GPC4,

 

along  with  suppressed  levels  of

 

C3

 

and

 

LCN2

 

(

Figure 4

E and 4F). Strikingly, after 12 hps, astrocytes transition to a neurotoxic state: 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

C3

 

and

 

LCN2 are robustly upregulated, whereas protective markers S100A10,

 

GPC4, 

and

 

SPHK1  decline  (

Figure  4

E  and  4F).  This  biphasic  pattern  demonstrates  that 

induction  of  a  neuroprotective  phase  precedes  toxic  conversion,  consistent  with 

previous observation.

51

 

Concurrently, CaMKⅡα phosphorylation (p-CaMKⅡα) exhibits 

a dynamic biphasic profile (

Figure 4

G and 4H), implicating posttranslational regulation 

of astrocyte state. Detailed analysis of NF-κB and NRF2 signaling revealed that, during 

the  early  phase  (0-12  hps),    phosphorylated  NRF2  (p-NRF2)  predominates  while 

phosphorylated NF-κB subunit p65 (p-p65) remains low. In contrast, the late phase (12-

48  hps)  shows  diminished  p-NRF2  and  increased  p-p65  (

Figure  4

G  and  4H). 

Importantly, the ratio of p-NRF2 to p-p65 correlates positively with p-CaMKIIα activity 

(

Figure  4

H),  suggesting  that  CaMKⅡα  dynamically  balances  NF-κB  and  NRF2 

signaling to dictate astrocyte fate.

 

To  validate  the  spatiotemporal  regulation  of  CaMKⅡα  phosphorylation  by 

GSDME,  we  conducted  time-resolved  immunoblotting  in  astrocytes  with  GSDME 

silenced. During  the early phase (0-12 hps), GSDME silencing  did  not  significantly 

alter protective marker expression, likely reflecting minimal GSDME activation at this 

stage (

Figure 4

I and 4J). However, in the late phase (12-48 hps), GSDME knockdown 

prevented  induction  of  neurotoxic  markers  and  maintained  protective  marker 

expression, effectively blocking the transition to a neurotoxic phenotype (

Figure 4

I and 

4J).  Correspondingly,  GSDME  silencing  attenuated  late-phase  CaMKⅡα 

phosphorylation  and  preserved  the

 

p-NRF2/p-p65  ratio  (

Figure  4

K  and  4L).  These 

findings  suggest  that  early-phase  CaMKⅡα  phosphorylation  is  required  for 

neuroprotection,  whereas  excessive  phosphorylation  at  later  stages  disrupts  the  NF-

κB/NRF2 balance and promotes toxicity.

 

Pharmacological  modulation  corroborated  the  phase-specific  requirement  for 

CaMKⅡα in astrocyte fate transition. Continuous inhibition at the beginning of stimulus 

with CaMKIIα-IN-1

52

 

failed to prevent the neurotoxic conversion (Data not shown). In 

contrast,  a  sequential  treatment  recapitulated  the  protective  effects  observed  with 

GSDME ablation. This regimen elevated S100A10, GPC4, and SPHK1 and reduced C3 

and  LCN2  levels  (

Figure  4

M  and  4N).  Mechanistically,    early-phase  activation  of 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

CaMKⅡα  enhanced  the  p-NRF2/p-p65  ratio,  while  subsequent  inhibition  prevented 

late-phase  CaMKIIα  hyperphosphorylation  and  suppressed  neurotoxic  marker 

induction  (

Figure  4

O  and  4P).  Together,  these  findings  underscore  the  necessity  of 

precise temporal regulation of CaMKⅡα activity: early activation potentiates NRF2-

mediated  neuroprotection,  whereas  unchecked  hyperphosphorylation  in  later  phases 

shifts  the  balance  toward  NF-κB-driven  neurotoxicity.  Overall,  GSDME  functions  a 

molecular switch that dynamically modulates CaMKIIα phosphorylation to maintain 

NF-κB/NRF2 signaling equilibrium and govern the transition between neuroprotective 

and neurotoxic states in astrocytes.

 

GSDME reprograms astrocyte-derived exosomes to propagate neurotoxic signals

 

Given that GSDME activation elevates cytosolic Ca²⁺ levels in reactive astrocytes, we 

examined  whether  altered  calcium  signaling  regulates  exosome  production  in  these 

cells. Using a standardized exosome isolation protocol, we obtained astrocyte-derived 

exosomes (ADEs) from ACM and aACM, respectively (

Figure 5

A-5C). TEM imaging 

confirmed intact vesicular structures (

Figure S5

A), while nanoparticle tracking analysis 

(NTA)  revealed  size  distributions  between  30-200  nm,  consistent  with  canonical 

exosome  dimensions  (

Figure  S5

B).

 

Notably,  quantitative  comparison  showed 

equivalent average diameters between ACM-ADEs (ADEs) and aACM-ADEs (aADEs) 

(

Figure S5

C), while the particle counts of aADEs were much higher than those of ADEs 

(

Figure  S5

D)  Functional  validation  through  GSDME  knockout  revealed  markedly 

reduced aADEs production in GSDME-deficient astrocytes cultured in MCM (

Figure 

5

B),  suggesting  GSDME  as  a  critical  regulator  of  ADEs  biogenesis  in  reactive 

astrocytes. 

 

Exosomes have emerged as pivotal mediators of neuroinflammation and cognitive 

decline,

53-55

 prompting investigation into their role in aACM-mediated neurotoxicity. 

Fractionation of neurotoxic aACM revealed that its exosomal component recapitulated 

the full neurotoxicity of equivalent aACM volumes (

Figure 5

D), with effects scaling 

dose-dependently  (

Figure  S5

E).  Removal  of  aADEs  from  aACM  abolished  its 

neurotoxic activity, restoring neuronal viability to ACM levels (

Figure 5

D), confirming 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

exosomes  as  primary  neurotoxic  effectors.  To  interrogate  the  role  of  GSDME,  we 

isolated ADEs  from  WT-ACM,  GSDME  KO-ACM,  WT-aACM,  and  GSDME  KO-

aACM,  and confirmed equivalent  neuronal  uptake across all groups (

Figure 5

G and 

S5F).  While  WT-aADEs  reduced  neuronal  survival  compared  to  WT-ADEs 

counterparts  (

Figure  5

E),  GSDME  ablation  completely  rescued  this  neurotoxicity. 

Synaptic analysis through MAP2/SYP immunostaining further demonstrated that WT-

aADEs  disrupted  synaptogenesis  more  severely  than  WT-ADEs,  an  effect  entirely 

reversed by GSDME deficiency (

Figure 5

F and 5G). These findings indicate GSDME-

controlled  ADEs  as  indispensable  mediators  of  pathological  neurotoxicity,  directly 

linking GSDME activation in reactive astrocytes to synaptic pathology and neuronal 

demise.

 

Exosomes  serve  as  critical  carriers  of  neurotoxic  cargoes,  including  misfolded 

proteins  and  inflammatory  mediators,  directly  contributing  to  the  pathogenesis  of 

neuronal  injury.

55 

To  systematically  dissect  the  neurotoxic  molecular  components  in 

aADEs,  we  performed  multi-dimensional  molecular  profiling  analyses. 

Immunoblotting  further  confirmed  differential  loading  of  neurotoxic  proteins, 

including C3, LCN2, HMGB1, iNOS and neuroprotective proteins, GPC4 and BDNF, 

in  WT-aADEs  (

Figure  5

H  and  5I).  Lipidomic  profiling  by  LC-MS  revealed 

significantly elevated levels of neurotoxic long-chain saturated lipids

56

 in WT-aADEs 

compared  to  WT-ADEs  (

Figure  5

J).  Concurrently,  miRNA  profiling  demonstrated 

marked  upregulation  of  neurotoxic  miRNAs,

55,57

  such  as  miR-141-3p,  miR-155-5p, 

miR-135a-5p, miR-125a-5p, and downregulation of neuroprotective miRNAs

such as 

miR-9-5p,  miR-124-3p,  miR-132-3p,  miR-29b  in WT-aADEs  (

Figure  5

K).  Notably, 

transcriptomic  analysis  of  ADEs  revealed  that  WT-aADEs  recapitulated  the 

transcriptional  signature  of  their  parental  cells,  characterized  by  activation  of 

neurotoxic  transcripts  and  suppression  of  neuroprotective  transcripts  (

Figure  S5

H). 

This  finding  suggests  that  ADEs  may  function  as  biological  sentinels  reflecting 

astrocyte  reactivity  states.  Importantly,  GSDME  deficiency  not  only  inhibited  the 

incorporation of neurotoxic proteins, lipids and miRNAs or mRNAs, but also enhanced 

the packaging efficiency of neuroprotective miRNAs, mRNAs and selectively enriched 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

neurotrophic factors (

Figure 5

H-5L). Collectively, these findings reveal that GSDME 

ablation profoundly  reprogrammed the molecular composition  of  aADEs

 

converting 

these exosomes from neurotoxic effectors to neuroprotective signaling entities.

 

Next,  we  investigated  whether  the  aADEs  mediate  propagating 

neuroinflammation. We isolated WT-ADEs, WT-aADEs and GSDME-KO-aADEs and 

assessed their effects on BV2 microglia and primary astrocytes (

Figure 5

M). Compared 

to WT-ADEs, WT-aADEs upregulated pro-inflammatory genes (

Figure 5

N) and signals 

in  BV2  cells  (

Figure  5

O),  while  inducing  neurotoxic  transcripts  (

Figure  5

P)  and 

neurotoxicity  (

Figure  5

Q)  of  primary  astrocytes,  suggesting  their  role  as 

neuroinflammatory  propagators.  Notably,  GSDME  ablation  suppressed  pro-

inflammatory  gene  expression  in  microglia  (

Figure  5

N)  and  inhibited  neurotoxic 

phenotype  conversion  (

Figure  5

P  and  5Q)  in  astrocytes.  These  findings  position 

GSDME as a key regulator of aADEs-mediated neuroinflammatory cascades, operating 

through  coordinated  control  of  cytotoxic  cargo  sorting  and  intercellular  signaling 

amplification.

 

Blocking astrocytic GSDME activation alleviates pathology in 5×FAD mice

 

Given our prior observation of pathological GSDME activation in astrocytes from 

both  AD  patients  and  5×FAD  transgenic  mice  (

Figure  1

),  we  hypothesized  that 

astrocyte-specific  knockdown  of  GSDME  might  attenuate  Aβ-induced 

neurodegeneration  in  5×FAD  mice.  To  achieve  targeted  knockdown  in  astrocytes 

throughout the developing brain, we employed a PHP.eB-serotype AAV vector, which 

is  capable  of  crossing  the  blood–brain  barrier  to  express  GSDME-specific  shRNA 

(AAV-shGE)  or  a  non-targeting  control  shRNA  (AAV-shNT)  under  the  GFAP 

promoter.

58,59

  Neonatal  (postnatal  day  1–3)  mice  received  stereotaxic 

intracerebroventricular  injections,  and  all  subsequent  analyses  were  performed  at  6 

months of age (

Figure 6

A). Whole-brain mapping of viral expression confirmed robust 

distribution of both constructs and high colocalization with GFAP-positive astrocytes 

(

Figure  6

B  and  6C),  validating  our  approach  for  cell-type-specific  intervention. 

Quantification  by  immunoblotting  revealed  that  total  GSDME  protein  levels  were 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

significantly reduced in the hippocampi of AAV-shGE–treated 5×FAD mice compared 

to  the AAV-shNT  controls  (

Figure  6

D  and  6E).  Importantly,    the  abundance  of  the 

cleaved GSDME N-terminal fragment (GSDME-NT) was likewise diminished (

Figure 

6

D and 6E), suggesting effective inhibition of GSDME activation in astrocytes. 

 

To evaluate therapeutic efficacy, we performed neuropathological assessments and 

behavioral  testing  six  months  after  injection.  Immunoblot  analysis  showed  that 

GSDME silencing not only reduced Aβ

1-42

 levels but also prevented the downregulation 

of synaptic markers (

Figure 6

D and 6E). Consistent with these findings, QM-FN-SO₃ 

staining, which specifically targets Aβ plaques, revealed a marked reduction in plaque 

burden  in  AAV-shGE-treated  mice  (

Figure  6

F  and  6G),  suggesting  that  astrocyte-

specific  GSDME  silencing  suppresses Aβ  pathology.  NeuN  immunostaining  further 

revealed preservation of layer V cortical pyramidal neurons in the AAV-shGE group 

(

Figure 6

H and 6I),  implying a neuroprotective effect mediated by astrocytic GSDME 

knockdown.

 

 In  the  open-field  test,  no  significant  differences  in  locomotor  activity  were 

observed among treatment groups (

Figure 6

J and 6K),  ruling out motor dysfunction as 

a confounding variable for cognitive readouts. In contrast, AAV-shGE-treated 5×FAD 

mice  exhibited  significantly  improved  spatial  memory  in  the  Y-maze  spontaneous 

alternation test  (

Figure 6

L and 6M) and displayed greater discrimination in the novel 

object recognition assay (

Figure 6

N and 6O). These data collectively demonstrate that 

astrocyte-specific  inhibition  of  GSDME  activation  rescues  both  neuropathology  and 

cognitive  deficits  in  the  5×FAD  model,  highlighting  GSDME  as  a  promising 

therapeutic target for AD.

 

GSDME  ablation  orchestrates  dual  reprogramming  of  astrocyte  and  exosome 

reactivity to halt neurotoxic signaling 

in vivo

 

To examine the potential modulation of astrocyte state transitions by astrocyte-specific 

GSDME  knockdown,  we  analyzed  brain  tissues  from  5×FAD  mice  through 

immunoblotting  and  transcriptomic  sequencing.  Immunoblotting  revealed  that 

GSDME  ablation  suppressed  neurotoxic  factor  C3  expression,  while  upregulating 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

neuroprotective genes, such as  S100A10, SHH, GPC4, and BDNF, accompanied by 

reduced  Iba1,  and  GFAP  levels  (

Figure  7

A  and  7B),  indicating  attenuated 

neuroinflammatory signaling. Mechanistically, astrocytic GSDME knockout restored 

aberrantly low p-CaMKIIα phosphorylation to wild-type levels (

Figure 7

C and 7D), a 

molecular signature linked to improved synaptic plasticity markers

60

 and elevated p-

NRF2/p-p65 (

Figure 7

C and 7D), suggesting its contribution to neuronal  protection. 

Transcriptomics  and  GSEA  further  demonstrated  suppression  of  pro-inflammatory 

mediators  such  as 

Lcn2

Nlrc5

,  and

  Irf7

,  alongside  upregulation  of  neuroprotective 

factors, such as 

Sphk1 

and 

B3GNT5

, as well as neurotrophic factors, 

BMP6

 and 

BMP7 

(

Figure  7

E  and  7F).  Pathway  analysis  revealed  inhibition  of  type  I  interferon  and 

oxidative stress signaling, coupled with activation of neurotransmitter biosynthesis and 

glial-derived  neurotrophic  factor  synthesis  (

Figure  7

F).  qPCR    also  confirmed 

downregulated 

C3 

and 

Lcn2

,  and  upregulated

  EMP1

  and 

Sphk1

  mRNA  levels  in 

hippocampus (

Figure 7

G). IF validation confirmed reduced proportions of C3-positive 

toxic astrocytes (

Figure 7

H and 7I), increased S100A10  (

Figure 7

J and 7K) or BDNF-

positive  (

Figure  7

L  and  7M)  protective  astrocytes,  and  diminished  microglial 

infiltration  (

Figure  7

N  and  7O),  establishing  GSDME  deletion  as  a  suppressor  of 

astrocyte neurotoxic phenotypic switching

 in vivo

.

 

To investigate whether GSDME regulates the reactive state of ADEs 

in vivo

, we 

isolated  ADEs  from  mouse  serum  for  functional  validation  (

Figure  7

P  and  S6). 

Immunoblot  analysis  revealed  that  astrocytic  GSDME  knockdown  suppressed  C3 

loading in ADEs, while promoting the enrichment of neurotrophic factors, GPC4 and 

BDNF (

Figure 7

Q and 7R). The qPCR results demonstrated that astrocytic GSDME 

ablation significantly reduced transcriptional levels of 

C3

 and 

Lcn2 

and upregulated the 

neuroprotective  factor 

Gdnf,  Tgm,  Sphk1

  (

Figure  7

S).  Lipidomic  analysis  further 

confirmed that GSDME deletion attenuated the production of toxic lipids (

Figure 7

T). 

Collectively, 

astrocyte-specific 

GSDME 

knockdown 

dually 

suppresses 

neuroinflammation and restores protective phenotypes intracellularly, while blocking 

exosomal toxins transfer and boosting reparative signals extracellularly, systemically 

resetting  CNS  and  peripheral  pathology.  These  findings  establish  GSDME  as  a 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

molecular switch that regulates astrocyte-bystander cell communication through ADEs 

to limit disease progression.

 

Multi-omics  analysis  of  human  serum  astrocyte-derived  exosomes  uncovers 

central-to-peripheral immune-regulatory signaling

 

To determine the clinical roles of ADEs in mediating neuroinflammatory signaling in 

AD, we performed a comprehensive multi-omics analysis of serum-derived ADEs from 

AD patients and age-matched healthy controls (

Figure 8

A). Our transcriptomic analysis 

revealed that ADEs from AD patients exhibit a distinct neurotoxic molecular  signature, 

characterized by the significant upregulation of neurotoxic factors, including 

C3

Lcn2

and 

Hmgb1

, alongside a marked downregulation of protective factors like 

S100A10

Sphk1

, and 

Tgm1

, as well as neurotrophic factors such as 

Fgf1

Nptx1

, and 

Ntf3

 (

Figure 

8

B). This  gene  expression  pattern  closely  mirrors  the  profile  of  neurotoxic  reactive 

astrocytes  observed 

in  vitro

.  Further  analysis  using  the  KEGG  pathway  framework 

confirmed that ADEs from AD patients  are enriched in pro-inflammatory pathways, 

such  as  TNF,  mTOR,  and  PI3K-AKT  signaling  (

Figure  8

C),  while  concurrently 

showing suppression of protective pathways, including JAK-STAT and neurotrophin 

signaling  (

Figure  8

D).  Mass  spectrometry  analysis  corroborated  these  findings  by 

identifying  elevated  levels  of  neurotoxic  proteins  like  LCN2  and  B2M,  alongside 

reduced  levels  of  neurotrophic  factors,  such  as  THBS1(

Figure  8

E-8G).  Gene  Set 

Enrichment Analysis (GSEA) highlighted significant enrichment in pro-inflammatory 

pathways,  including  NF-κB  and  IL-17  signaling  (

Figure  8

H  and  8I).  Notably, 

immunoblotting and single-molecule array quantification indicated elevated  levels of 

LCN2 (

Figure 8

J), p-Tau181 (

Figure 8

K), and p-Tau217 

(Figure 8

L) in AD-ADEs.

61

 

Moreover, full-length GSDME protein was detected exclusively in AD-ADEs for the 

first time (

Figure 8

M). Lipidomics analysis further showed an enrichment of long-chain 

saturated  fatty  acids,  such  as  C16:0  and  C18:0,  in  AD-ADEs  (

Figure  8

N).  Taken 

together, these cross-omics data outline a neurotoxic molecular signature in AD-ADEs, 

characterized  by  the  synergistic  presence  of  pathogenic  proteins,  pro-inflammatory 

signaling, and disrupted lipid metabolism, which may contribute to the propagation of 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

neurodegeneration via neurotoxic and inflammatory amplification.

 

To functionally validate the impact of AD-ADEs on neuroinflammatory cascades, 

we  performed  a  series  of  in  vitro  and  in  vivo  assays. 

In  vitro

  stimulation  of  human 

microglial cell lines with AD-ADEs induced the transcriptional upregulation of pro-

inflammatory mediators

62

, including 

C1q

Tnfα

, and

 Cxcl12

, alongside the suppression 

of anti-inflammatory regulators such as 

NFKBIE

,

 Sirt2

, and 

HDAC1

, suggesting the 

activation  of  microglia  (

Figure  8

O).  In  parallel, AD-ADEs    triggered  a  neurotoxic 

reactive  state  in  human  primary  astrocytes,  illustrating  their  ability  to  transmit 

neuroinflammatory signals across glial populations (

Figure 8

P). Moreover, AD-ADEs 

significantly increased neuronal mortality compared to control exosomes (NC-ADEs), 

confirming  their  direct  neurotoxic  effects  (

Figure  8

Q  and  8R).  Considering  the 

peripheral  origin  of  serum  ADEs,  we  also  investigated  their  systemic 

immunomodulatory effects. Intravenous administration of AD-ADEs in mice resulted 

in a specific reduction in platelet and neutrophil counts (

Figure 8

S-8U), highlighting 

their  potential  to  modulate  peripheral  immune  responses.  Collectively,  our  findings 

suggest  that  AD-ADEs  orchestrate  a  dual  pathological  mechanism,  propagating 

neuroinflammation  and  neurotoxicity  within  the  central  nervous  system,  while 

exacerbating systemic pathology through peripheral immune dysregulation.

 

DISCUSSION

 

Our  study  redefines  GSDME  as  a  calcium-dependent  molecular  rheostat  that 

orchestrates astrocyte and ADE state transitions through spatiotemporal regulation of 

ER  calcium  flux  at  MAMs.  Unlike  its  canonical  roles  in  anti-infection  and  tumor 

immunity

63

, GSDME-NTs localize to MAMs, where they induce ER calcium leakage 

without  plasma  membrane  pore  formation.  This  subcellular  activity  drives  biphasic 

CaMKIIα  phosphorylation  dynamics

  that  early-phase  activation  enhances  NRF2-

mediated  defenses  (neuroprotective  state),  while  sustained  phosphorylation 

paradoxically  amplifies  NF-

κB

-driven  neuroinflammation  (neurotoxic  state).  These 

findings align with the prevailing consensus that astrocytes can adopt diverse substates 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

in response to various pathological stimuli, extending beyond the simplistic A1/A2 or 

neurotoxic/neuroprotective  framework.

19

 

Notably,  genetic  ablation  of  GSDME 

stabilizes  the  neuroprotective  phenotype,  as  evidenced  by  reduced  expression  of 

neurotoxic markers, such as C3 and LCN2, elevated expression of neurotoxic markers, 

such  as  EMP1,  SPHK1  and  GPC4  levels,  while  rescuing  neuronal  viability  and 

cognitive deficits in 5×FAD mice. This mechanistic cascade positions GSDME as a 

druggable regulator of astrocyte plasticity, which provides a mechanistic foundation for 

precision therapeutics targeting glial state transitions in AD. 

Recent  studies  have  demonstrated  that  GSDM-NTs  target  not  only  the  plasma 

membranes  but  also  diverse  organelle  membranes.

64-66

 

Here,  our  work  demonstrates 

that GSDME-NT is preferentially localized at MAMs in neurotoxic astrocytes. MAMs, 

lipid rafts in the endoplasmic reticulum near mitochondria, are crucial for cell health by 

regulating intracellular Ca

2+ 

transfer

.

67,68

 

They regulate Ca

2+

 release from the ER via 

IP3Rs and its entry into mitochondria through VDACs, while also balancing cytosolic 

Ca

2+ 

with the MCU complex for uptake and NCLX for release.

68

 

Although dysfunctions 

in  MAMs  are  linked  to  various  pathological  conditions  and  neurodegenerative 

diseases,

69,70

 their precise role in AD pathogenesis remains inadequately understood. 

The targeted relocation of GSDME-NTs to MAMs results in ER calcium leakage, as 

opposed to forming pores in the plasma membrane. Thus, we hypothesize that GSDME-

NTs permeabilize MAMs in neurotoxic astrocytes, thereby facilitating the transfer of 

Ca

2+

  from  the  ER  to  both  the  cytosol  and  mitochondria.

 

This  specific  localization 

mechanism elucidates why the activation of GSDME as a cytosolic calcium channel 

does  not  trigger  pyroptosis  but  instead  promotes  transcriptomic  alterations  by 

modulating  calcium  signaling  pathways. This  subcellular  targeting  may  constitute  a 

common  characteristic  within  the  GSDM  family,  offering  a  novel  framework  for 

understanding the diversity of their pathological roles.

 

Astrocytic calcium dysregulation, a hallmark of early AD, leads to synaptic issues 

and  cognitive  decline  through  reactive  astrogliosis

.

17,71

 

Although  normalizing  Ca²⁺ 

transients  can  reverse  cognitive  deficits  in  AD  mice,

72,73

  the  specific  mechanisms 

connecting  altered  calcium  signaling  to  astrocyte-induced  neurotoxicity  are  not  yet 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

understood.  Here,  we  elucidate  a  temporal  rheostat  mechanism  wherein  calcium-

dependent  phosphorylation  dynamics  of  CaMKIIα  govern  the  transition  from 

neuroprotective  to  neurotoxic  through  phase-specific  transcriptional  reprogramming. 

During  the  early  phase,  CaMKIIα  phosphorylation  enhances  NRF2-mediated 

antioxidant  defenses,  thereby  promoting  neuroprotection.  Conversely,  prolonged 

phosphorylation  paradoxically  intensifies  NF-κB-driven  neuroinflammation, 

converting astrocytes into a neurotoxic state. This biphasic regulation challenges the 

traditional view of CaMKIIα as a solely neuroprotective kinase

 

and underscores the 

importance of timing in therapeutic interventions.

60

 GSDME is identified as a crucial 

temporal checkpoint, its activation triggers ER Ca²⁺ leakage, initiating NF-κB signaling. 

Interestingly,  GSDME  knockdown  selectively  inhibits  late-phase  CaMKIIα 

phosphorylation,  thereby  preventing  NF-κB  hyperactivation  and  subsequent 

neurotoxicity.

 

These findings  align with  broader  calcium  signaling dynamics, where 

transient  vs.  sustained  calcium  signals  differentially  regulate  synaptic  plasticity  and 

cellular homeostasis. Consistently, pharmacological testing with antagonists shows a 

time-dependent dual effect that early CaMKIIα activation is protective, whereas late 

inactivation  hampers  toxicity,  indicating  metabolic  feedback  with  distinct 

neuroprotective outcomes. Taken together, our work reconceptualizes astrogliosis as a 

calcium-regulated  process  orchestrated  by  the  dual  functions  of  CaMKIIα.  By 

modulating  its  activity  in  a  phase-specific  manner,  we  propose  a  “late  inhibition” 

strategy aimed at mitigating pathogenic astrogliosis through targeted p-CaMKIIα. This 

methodology  integrates  AD  pathomechanisms  with  therapeutic  development, 

presenting  a  precision  neuroprotection  framework  for  early  intervention  in 

neurodegenerative disorders.

 

A  growing  body  of  evidence  positions  exosomes  as  critical  mediators  of 

neuropathological  progression,  with  ADE  serving  as  potent  coordinators  of 

multicellular  neurodegeneration.

74-77

  Unlike  prior  models  attributing  astrocyte-

mediated  neuronal  damage  to  direct  cytokine,  toxic  lipid  release  or  oxidative 

stress,

56,78,79

  our  findings  reveal  that ADEs  function  as  context-sensitive  pathogenic 

platforms whose cargo dynamically adapts  to  neurotoxic microenvironments.  Multi-

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

omics profiling demonstrates that ADEs from reactive astrocytes  exhibit enrichment in 

neurotoxic  lipids,  pro-apoptotic  miRNAs,  and  pathogenic  tau  isoforms  relative  to 

homeostatic astrocytes, while co-encapsulating mRNA cargo that coordinately disrupts 

synaptic  architecture,  astrocyte  to  pro-inflammatory  microglial  activation,  and 

astrocyte-to-astrocyte  reactive  phenotype  propagation.  This  suggests  a  tripartite 

mechanism unprecedented in classical single-pathway neurotoxicity models. Central to 

this paradigm shift is the  identification of GSDME as a molecular switch regulating 

ADE pathogenicity. Genetic ablation of GSDME prevents reactive astrocyte transition 

from  neuroprotective  to  neurotoxic  state,  while  reprogramming ADE  cargo  toward 

neuroprotective  mediators,  increasing  BDNF,

80

 

GPC4  levels

81

 

and  enhancing  anti-

inflammatory  miRNAs.  These  findings  redefine  GSDME  as  a  master  regulator  of 

astrocyte exosome biology, further extending its canonical role in pyroptosis to include 

ADE-mediated intercellular communication, and position ADEs as critical mediators 

of neuroinflammation propagation.

 

While  early  intervention  remains  pivotal  for AD  therapeutics,

82 

current  limited 

glial  markers,  including  serum  GFAP,  lack  resolution  to  decode  the  functional 

heterogeneity  of  reactive  astrocytes  driving AD  progression.

11,24

 

Here,  we  pioneer  a 

multi-dimensional  serum  ADE  biomarker  platform  that  integrates  transcriptomic, 

lipidomic, and proteomic profiling to transcend static tissue paradigms. This strategy 

identifies  an AD-specific  molecular  fingerprint,  including  coordinated  depletion  of 

neuroprotective transcripts, amplification of pro-degenerative effectors, and lipidomic 

dysregulation marked by C16:0, C18:0 elevation. Unlike conventional methods, this 

cross-omics  framework  captures  dynamic  astrocyte  state  transitions  through  serum 

ADE-mediated  intercellular  networks,  enabling  presymptomatic  stratification  with 

mechanistic  granularity.  By  bridging  real-time  molecular  pathology  and  therapeutic 

targeting,  ADE  multi-omics  repositions  biomarker  discovery  as  a  mechanism-to-

therapeutics  pipeline,  where  early  diagnosis  directly  informs  astrocyte-modulating 

precision strategies.  

 

In  summary,  our  work  redefines  astrocyte  activation  as  a  calcium-regulated 

continuum. The discovery of GSDME-NTs localized at MAM and its dual regulation 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

of cell-autonomous signaling via CaMKIIα and non-cell-autonomous communication 

through  ADEs  provides  a  unified  framework  for  understanding  glial-driven 

neurodegeneration. This  paradigm  shift  integrates  calcium  dynamics,  transcriptional 

reprogramming,  and  intercellular  communication,  offering  novel  insights  into  AD 

pathogenesis.  Future  studies  should  explore  the  conservation  of  GSDME-MAM 

interactions  in  human  AD  progression  and  investigate  the  therapeutic  potential  of 

combinatorial  strategies  targeting  both  calcium  signaling  and  ADE-mediated 

inflammation.

 

Limitations of the study

 

Although  our  study  establishes  GSDME  as  a  critical  regulator  of  astrocyte  state 

transitions,  several  limitations  warrant  further  investigation.  First,  the  molecular 

mechanisms  driving  GSDME-NT’s  preferential  localization  to  MAMs  remain 

incompletely defined; whether specific lipid modifications or chaperones mediate this 

subcellular  targeting  requires  systematic  interrogation.  Second,  the  therapeutic 

validation is restricted to Aβ pathology models, lacking examination in Tau-inclusive 

models  like  3×Tg,  which  may  limit  generalizability  to AD  with  mixed  pathologies. 

Third, our ADE multi-omics approach, while identifying disease-specific signatures, 

does  not  resolve  heterogeneity  among  ADE  subpopulations,  which  may  obscure 

functionally distinct cargo subsets. Single-vesicle profiling and spatial transcriptomics 

may address this limitation. Fourth, the long-term consequences of GSDME ablation 

on  physiological  processes  remain  unexplored,  raising  potential  safety  concerns  for 

therapeutic  targeting.  Finally,  human  tissue  validation  of  GSDME  associations  is 

limited to postmortem AD samples; future studies should employ PET-MRI imaging to 

correlate  GSDME  activity  with  real-time  neuroinflammation  in  living  patients. 

Addressing these gaps will refine our understanding of the spatiotemporal regulation of 

GSDME and accelerate translation of astrocyte-targeted therapies.  

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Acknowledgments: 

We  thank  Dr.  M.  Xu  from  the  Center  for  Brain-Inspired 

Intelligence at the Chinese Academy of Sciences for the comments.

 

We thank Dr. J. 

Xiang and Dr. Y.Z. Wang from the Air Force Medical University for the helpful advices.

 

We thank the analysis & testing laboratory for life sciences and medicine of the Air 

Force  Medical  University  for  their  assistance  with  electron  microscopy  imaging,  as 

approved by Y. Zhao, and structured illumination microscopy imaging, as approved by 

D.L.  Shi.  We  thank  the

 

Chinese  Brain  Bank  Center  for  providing  the  human  brain 

samples.

 

Funding: 

Funding was obtained from  the National  Key Research and Development 

Plan (No.2022YFC3400103 to Q.L. and X.B.H.), the ECUST-OPM Open Fund (No. 

20220701 to Q.L.). 

 

Author contributions: 

Q. L. and S.W. C., X.B. H. conceived the project; Q. L., S.W. 

C., X.M. X designed the experiments and wrote the manuscript. Q. L., S.W. C., X.B. 

H., X.M. X , J.M. X., X.Q. L., X.Y. L., X.M. W. and Y.X. Z. revised the manuscript. 

S.W. C., J.M. X., X.Q. L., X.Y. L. and X.M. W., S.X. L. and Y.X. G. performed the 

experiments with the assistance from Y.Z. C., G.G. G.; and Q. L.,

 

S.W. C. and X.M. X, 

J.M.  X.,  X.Q.  L.,  X.Y.  L.,  X.M.  W.  analyzed  the  data  and  created  the  figures.  All 

authors discussed the results and commented on the manuscript.

 

Competing interests: 

The authors declare that they have no competing interests. 

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

FIGURES

 

 

Figure 1. Pathological GSDME activation in reactive astrocytes is preserved across 

Alzheimer’s disease patients and 5×FAD mouse models

 

(A) Comparison of GSDME expression in astrocytic clusters between disease (Dg) and 

healthy  (Hg)  groups  was  conducted  based  on  open  single-nucleus  RNA  sequencing 

(snRNA-seq) datasets of AD (Case 1

34

n

Hg

 = 8, 

n

Dg

 = 8; Case 2

35

n

Hg

 = 7, 

n

Dg

 = 27; 

Case 3

36

n

Hg

 = 8, 

n

Dg

 = 8; Case 4

38

n

Hg

 = 16, 

n

Dg

 = 16).

 

(B and C) Immunoblot analysis of the activation of GSDME, caspase-3, as well as the  

expression of NeuN and Synaptophysin (SYN) in hippocampus tissue lysates collected 

from AD patients and healthy controls (hippocampus, 

n

Hg

 = 3, 

n

Dg

 = 3), measured by 

Image J based on gray scale.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

(D  and  E)  Representative  IF  images  of  hippocampus  region  from AD  patients  and 

healthy controls (hippocampus, 

n

Hg

 = 3, 

n

Dg

 = 3) co-stained with anti-GSDME-NT, anti-

GFAP and anti-C3 antibody. Scale bars, 100 μm. Percentage of GSDME-NT and C3-

double positive cells within GFAP-positive cell populations was quantified using Image 

J software. Each point means two sections.

 

(F-I) Immunoblot analysis of GSDME activation in cortex (F and G) and hippocampus 

(G and H) tissue lysates collected from 5×FAD and wild type (WT) mice. Regression 

analysis of GSDME-NT expression dynamics during aging in 5×FAD mice. GSDME-

NT levels were quantified by ImageJ ( 

= 3 for each group).

 

(J and K) Representative IF images of cortex and hippocampus region from 5×FAD (

= 3) and WT mice (

= 3) co-stained with anti-GSDME-NT, anti-GFAP and anti-6E10 

antibody (J). Scale bars, 30 μm. Percentage of GSDME-NT within GFAP-positive cell 

populations (K) was quantified by Image J. 

 

(L-M) Immunoblot analysis of GSDME-NT, GFAP, as well as the  expression of NeuN 

and Iba1 in cortex tissue homogenates, astrocyte-enriched fractions, and non-astrocytic 

fractions isolated from 6-month-old 5×FAD mice, measured by Image J (

n

 = 3 for each 

fraction).

 

Statistical significance determined using a two-tailed Student’s 

t

 test (C, E, G, I, K and 

M), or two-sided Wilcoxon signed-rank test (A). All values are represented as mean ± 

SEM, *

p

 < 0.05; **

p

 < 0.01; ***

p

 < 0.001; ****

p

 < 0.0001. See also 

Figure S1

 and 

Table S1

.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure 2.

 

GSDME activation enhances reactive astrocyte-mediated neurotoxicity 

independent of pyroptosis

 

(A)  Schematic  of  GSDME  cleavage  mediated  by  activated  caspase-3  to  induce  cell 

membrane rupture and pyroptosis upon intrinsic or extrinsic stimulus (

biorender.com

).

 

(B)  Immunoblotting  of  caspase-3,  GSDME  activation  and  C3  secretion  of  primary 

astrocytes upon stimulation by MCM or AMCM with Aβ

42 

oligomers plus LPS at 48 h. 

 

(C and D) Percentage of primary astrocytic cell death was quantified by LDH release 

(C)  or  PI  staining  (D)  following  the  astrocytes  treated  with  AMCM  or  by 

overexpression of GSDME-NT-EGFP (

n

 = 6 replicates per group). 

 

(E  and  F)  Percentage  of  GSDME-NT-positive  astrocytes  in  (C)  was  calculated  with 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Image  J  (E)  and  representative  IF  images  were  shown  in  (F).  GSDME-NT  (anti 

GSDME-NT; green) in primary astrocytes (anti-GFAP; red) 48 h post MCM or AMCM 

treatment.  Scale  bars,  20  μm. Arrows  indicate  the  GSDME-NT

+

  astrocytes  (

=  6 

replicates per group). 

 

(G and H) Quantification of holes (G) on the primary astrocytic cell membrane via SEM 

at 48 h post MCM or AMCM treatment. Astrocytes overexpressing GSDME-NT were 

used as positive controls. Representative SEM images are shown in (H). Scale bars, 3 

μm. Arrows indicate the holes.

 

(I and J) Representative images of WT or GSDME KO (knock-out) primary astrocytes 

treated  with  MCM  or  AMCM  as  indicated,  showing  the  engulfment  of  pHrodo 

conjugated  synaptosomes  (I)  and  the  extent  of  engulfing  pHrodo-conjugated 

synaptosomes was calculated with Image J (J). The inserts show the engulfed particles 

(red). Scale bars, 10 μm. 

 

(K) Relative mRNA expression of phagocytosis-related proteins (

Axl

Gas6

Megf10

Mertk

), synaptogenic factors (

Sparc

Sparcl1

GPC4

GPC6

Thbs1

), quantified by qRT-

PCR (

n

 = 3 replicates per group). 

 

(L and M) Representative live images of primary cortical neuronal death induced by 

ACM, analyzed with the Calcein AM/PI staining (L) and the ratio of neuronal death 

was calculated by Image J (M) (

n

 = 3 replicates per group). Scale bars, 20 

μ

m. 

 

Statistical significance determined using a two-tailed Student’ s 

t

 test. All values are 

represented as mean ± SEM, *

p

 < 0.05; **

p

 < 0.01; ****

p

 < 0.0001. See also

 

Figure 

S2

.

 

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure 3.MAM-Localized GSDME-NT induces neurotoxic reactive astrogliosis via 

ER-to-Cytosol Ca²⁺ Efflux

 

(A)  Immunoblotting  of  subcellular  fractionation  from  WT-MCM  or  WT-AMCM 

astrocytes demonstrates the subcellular distribution of GSDME-FL and GSDME-NT.  

Each  fraction  was  confirmed  by  immunoblotting  with  antibodies  to ACSL4,  IP3R1 

(ER-resident  protein),  CNX, VDAC1  and  β-actin. WCL,  whole  cell  lysates.  CYTO, 

cytosol.  MITO,  mitochondria.  ER,  endoplasmic  reticulum.  MAMs,  mitochondria 

associated endoplasmic reticulum membranes. 

 

(B  and  C)  SIM  images  stained  for  GSDME-FL  and  ACSL-4  (B)  at  48  hps. 

Quantification  of  Pearson’  s  correlation  between  GSDME-FL  and  ACSL-4  (C). 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Enlarged images of the boxed area are shown (

n

 = 2 replicates, at least 8 cells were 

calculated each group per replicate). Scale bars, 5 μm. 

 

(D  and  E)  SIM  images  stained  for  GSDME-NT  and  ACSL-4  at  48  hps  (D). 

Quantification  of  Pearson’s  correlation  between  GSDME-NT  and  ACSL-4  (E). 

Enlarged images of the boxed area are shown (

n

 = 2 replicates, at least 8 cells were 

calculated each group per replicate). Scale bars, 10 μm.

 

(F-H) TEM  images  stained  with  GSDME-NT-immunogold  (F). Yellow  dashed  lines 

outline mitochondria, arrows indicate the GSDME-NT-immunogold. Scale bars, 200 

nm.  Quantification  of  gold  particles  in  WT-MCM  astrocytes  versus  WT-AMCM 

astrocytes was shown in (G). The relative subcellular distribution of gold particles in 

WT-AMCM  astrocytes,  including  cytosol,  mitochondria,  MAMs  were  further 

quantified in (H) (

= 3 replicates, 10-20 cells each group per replicate). 

 

(I-K) Representative IF image stained with Fluo8-AM was shown in (I). Quantification 

of Fluo8 AM fluorescence intensity to indicate the cytosolic Ca

2+

 was shown in (J) (

n

 

= 8 replicates per group). Scale bars, 50 μm. Relative mRNA expression of endogenous 

cytosolic  Ca

2+

  sensor,  Calm3,  quantified  by  qRT-PCR  was  shown  in  (K)  (

n

  =  3 

replicates per group). 

 

(L-N)  Quantification of  relative fluorescence intensity over time in WT-MCM, WT-

AMCM or GSDME KO-AMCM astrocytes by the genetically encoded Ca

2+

 indicators, 

GCaMP6s (L) for the cytosol, CEP1AE-ER (M) for the ER, and CEPIA4-Mito (N) for 

the mitochondria. 

 

(O-Q)  Representative  IF  image  stained  with  C3  (grey)  in  primary  mouse  astrocytes 

(anti-GFAP; red) was shown in (O), quantified by qRT-PCR was shown in (P) (

= 4 

replicates  per  group).  Relative  mRNA  expression  of  reactive  astrocyte  marker 

(

Serping1

H2-D1

Srgn

H2-T23

Ggta1

Ligp1

Psmb8

LCN2

), quantified by qRT-

PCR (

n

 = 3 replicates per group).

 

Statistical significance determined using a two-tailed Student’ s 

t

 test. All values are 

represented as mean ± SEM, **

p

 < 0.01; ***

p

 < 0.001; ****

p

 < 0.0001. See also

 Figure 

S3 

and 

Movie S1

-

S3

.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure 4.Phase-Specific CaMKIIα phosphorylation orchestrates GSDME-driven 

neuroprotection-to-neurotoxicity switch.

 

(A) Hierarchical clustering heatmap of RNA-seq profiles illustrating distinct expression 

patterns of neurotoxic, neuroprotective, and neurotrophic genes in WT versus GSDME-

knockout (GE KO) primary astrocytes following AMCM stimulation at 24 h.

 

(B)  KEGG  pathway  enrichment  analysis  of  differentially  expressed  genes  (DEGs) 

identified  between  GSDME  KO  and  WT  astrocytes.  Pathways  are  ranked  by 

enrichment scores (−log

10

(

p

-value)).

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

(C) Volcano plot of calcium-mediated signaling genes in GSDME KO vs WT astrocytes. 

Significantly upregulated (red, |log

2

FC| > 1, FDR < 0.05) and downregulated (blue) 

genes are annotated. 

Camk2α

 (asterisk) is highlighted as a top DEG.

 

(D) Heatmap analysis of neuroprotective  and neurotrophic gene expression by qPCR 

in astrocytes transfected with CaMKIIα-targeting siRNA (siCamk2α) or non-targeting 

scrambled siRNA (siNC), followed by 24-h AMCM stimulation. Data are normalized 

to 

Gapdh 

and presented as fold change relative to siNC.

 

(E-G)  Time-dependent  immunoblot  analysis  of  GSDME-FL  and  GSDME-NT, 

neurotoxic (C3, LCN2), neuroprotective (S100A10, SPHK1), and neurotrophic (GPC4) 

markers in astrocytes transfected with non-targeting scrambled siRNA (siNT) following 

AMCM  treatment  for  48  h  (E).  Quantification  of  grayscale  values  (ImageJ)  and 

temporal trends (GraphPad Prism fit spline analysis) are shown in (F). Phosphorylation 

kinetics (G) of CaMKIIα, p65, and NRF2 in (E).

 

Quantification of grayscale values 

(ImageJ) and temporal trends (GraphPad Prism fit spline analysis) are shown in (H).

 

(I-L)  Time-dependent  immunoblot  of  GSDME-FL/NT,  neurotoxic/neuroprotective 

markers,  and  GPC4  (I  and  J)  and  phosphorylation  kinetics  (L  and  M)  in  astrocytes 

transfected with siRNA targeted  GSDME (siGE) under identical conditions   in (E). 

Quantification and trend fitting are shown in (J and L). 

 

(M-P

)

  Time-dependent  immunoblot  of  GSDME-FL/NT,  neurotoxic/neuroprotective 

markers, and GPC4 (M and N) and phosphorylation kinetics (O and P) in astrocytes 

treated with CaMKⅡα-IN-1at 8 hps with AMCM. Quantification and trend fitting are 

shown in (O and Q). 

 

Statistical  significance  determined  using  a  two-tailed  Student’s

  t 

test. All  values  are 

represented as mean ± SEM with at least 3 biological replicates. Each point represents 

one replicate. See also

 

Figure S4.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure 5.

 

GSDME regulates the production of astrocytic neurotoxic exosomes

 

(A-C) Diagram of exosome (Exo) or Exo-free fraction isolation based on a standard 

protocol (A). Quantification of exosomes isolated from WT-ACM, GSDME KO-ACM, 

WT-aACM and GSDME KO-aACM astrocytes by Bradford protein assay (B) (

= 4 

replicates per group). Each fraction was confirmed by immunoblotting with antibodies 

CD81, HSP70, CD9 and CD63, Calnexin (C). 

 

(D) Quantification of the neuronal cell survival rate of mouse cortical neurons 24 h after 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

the  treatment  with WT-ACM,  aACM  (Whole),  aACM-isolated  exosomes  (Exo)  and 

Exo-free aACM (Exo-free) (

n

 = 3 replicates per group). 

 

(E) Quantification of the neuronal cell survival rate of mouse cortical neurons 24 h after  

the  treatment  of ACM-isolated  exosomes  from WT-ACM,  GSDME  KO-ACM, WT-

aACM and GSDME KO-aACM astrocytes supernatant (

n

 = 3 replicates per group). 

 

(F and G) Representative IF images of neurons, as treated in (E), stained for both MAP2 

and SYN (F). Enlarged images of the boxed area are shown (

= 2 replicates, at least 

10 cells were calculated each group per replicate). The number of puncta per 200 

μ

as in (D) is calculated(G). Scale bars, 10 μm. 

 

(H and I) Immunoblotting of equal amounts of exosomes  with antibodies, C3, LCN2, 

HMGB1,  iNOS,  GPC4  and  BDNF,  controlled  by  HSP70  (H),  measured  by  ImageJ 

based on gray scale (I).

 

(J) Quantification of saturated lipids in equal amounts of exosomes, as treated in (E), 

by  liquid  chromatography-mass  spectrometry  (LC-MS).  FFA,  free  fatty  acid  (

n

  =  4 

replicates per group). 

 

(K) Quantification of pro- and anti-inflammatory miRNAs in exosomes, as treated in 

(E), by RT-qPCR (

n

 = 3 replicates per group). 

 

(L)  Relative  expression  of  neurotoxic,  neuroprotective  and  neurotrophic  genes  in 

exosomes, as treated in (E), by RT-qPCR (

n

 = 3 replicates per group).

 

(M)

 

Schematic  model  of  ADE-mediated  neuroinflammatory  propagation  across 

neuronal-glial networks.

 

(N and O) Heatmap depicting relative expression of pro-inflammatory genes in BV2 

cells treated with different exosomes by  transcriptional sequencing (

n

 = 3 replicates 

per group) (N) .  Analysis of  upregulated transcriptome signal pathway by GO pathway 

between BV2 cells  treated with aADEs vs ADEs (O).

 

 (P)  Relative  expression  of  neurotoxic,  neuroprotective  and  neurotrophic  genes  in 

primary astrocytes treated with different exosomes by RT-qPCR (

n

 = 3 replicates per 

group).

 

(Q)  Quantification  of  neuronal  death    induce  by

 

supernatant  from   WT-ADEs, WT-

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

aADEs, and GSDME KO-aADEs-treated astrocytes.

 

Statistical  significance  determined  using  a  two-tailed  Student’s

  t 

test. All  values  are 

represented as mean ± SEM, *

< 0.05; **

< 0.01; ***

p

 < 0.001. See also 

Figure S5

.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure  6.

 

Inhibition  of  Astrocytic  GSDME  Activation  Attenuates  Pathological 

Progression in 5×FAD Mice

 

(A)

 

Experimental  timeline  and  group  design.  Neonatal  WT  and  5×FAD  mice  were 

injected with AAV.PHP.eB-hGFAPS-GFP expressing either a scrambled control shRNA 

(shNT) or GSDME-targeting shRNA (shGSDME, shGE).

 

Behavioral and pathological 

assessments were performed at indicated time points. (

10 mice per group).

 

(B and C) Representative confocal images showing GFP

+

 cells (green) colocalized with 

NeuN,  Iba1  or  GFAP  positive  cells  (Red)  in  the  cortex  of  shNT-WT  mice  (B). 

Quantification  of  the  ratio  of  GFAP

GFP

,  Iba1

GFP

,  and  NeuN

GFP

  double 

positive cells within total GFP

cells in the cortex (

= 3 replicates per group) (C).

 

Scale 

bar, 50 μm.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

(D  and  E)  Representative  immunoblots  of  cortical  tissues  from  AAV-treated  mice 

showing  protein  expression  levels  of  GSDME-FL,  GSDME-N,  Aβ

1-42

,  synaptic 

markers (SYP and PSD-95), neuronal nuclei marker (NeuN), with GAPDH as loading 

control  (D).  Quantitative  analysis  of  protein  bands  by  ImageJ:  GSDME  isoforms 

(FL/NT),  Aβ

1-42

,  synaptic  proteins  (SYP/PSD-95),  and  NeuN.  Data  normalized  to 

GAPDH with background subtraction (

n

 = 4 mice per group) (E).

 

(D and E) Immunoblot analysis of the activation of GSDME, A

β

1-42

, SYP, PSD-95 and 

NeuN in cortical tissue lysates collected from AAV-treated mice (

n

 = 4 replicates per 

group) (D) , (E) measured by Image J based on gray scale.

 

(F and G) Representative images of QM-FN-SO3 staining  of Aβ plaques in  coronal 

whole-brain sections of shGE and shNT-5

×

FAD mice (F) and quantification of plaque 

burden (G). Scale bar, 1000 μm (

n

 =  4 replicates per group) .

 

(H and I) Representative IF images of sections collected from shGE and shNT-5

×

FAD 

mice co-stained with anti-NeuN, anti-GFAP antibodies (H). Number of NeuN-positive 

cells was quantified using Image J (I).Scale bar, 1000 μm (

n

 = 3 replicates per group).

 

(J and K) Open-field test for assessing anxiety-like behavior and locomotor activity. 

Times in the centre zone (J) and tolal distance traveled (K) (

10 mice per group).

 

(L  and  M) Y  maze  test  on  the  same  groups  of  mice.  Spontaneous  alternation  rate, 

calculated  using  the  standard  method,  represent  working  memory  capacity  and 

cognitive  flexibility  (L).Total  entries  into  all  three  arms  reflect  baseline  locomotor 

activity (M) (

10 mice per group). 

 

(N and O) Novel object recognition (NOR) test on the same groups of mice. Object 

recognition index (ORI), reflecting short-term memory performance (N).Total distance 

traveled during the test session, indicating baseline locomotor activity (O) (

10 mice 

per group).

 

Statistical  significance  determined  using  a  two-tailed  Student’s

  t 

test. All  values  are 

represented as mean ± SEM, *

< 0.05; **

< 0.01; ***

p

 < 0.001; ****

p

 < 0.0001.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure  7.

 

GSDME  silencing  coordinates  biphasic  reprogramming  of  astrocyte-

exosome crosstalk to suppress neurotoxic cascade

s in vivo

 

(A and B) Immunoblot analysis of C3, S100A10, BDNF, SHH, GPC4, GFAP and Iba1 

in cortex tissue lysates collected from shGE and shNT-5

×

FAD mice (A), (B) measured 

by Image J based on gray scale ( 

= 3 replicates per group).

 

(C and D) Immunoblot analysis of CaMKII

α

, p-CaMKII

α

, Nrf2, p-Nrf2, p65 and p-

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

p65  in  cortex  tissue  lysates  collected  from  shGE  and  shNT  5

×

FAD  mice  (C),  

(D)measured by Image J based on gray scale ( 

= 3 replicates per group).

 

(E)  Representative  RNA-seq  volcano  plot  of  cortical  differentially  expressed  genes 

(DEGs) between shGE-5

×

FAD and shNT-5

×

FAD groups; Red and blue dots indicate 

significantly  upregulated  and  downregulated  genes  respectively  (|log2FC|  >  0.585, 

FDR < 0.05). Vertical dashed lines mark fold-change thresholds.

 

(F) Cortical pathway enrichment analysis of shGE-5

×

FAD vs shNT-5

×

FAD groups by 

GSEA;  Significantly  altered  pathways  are  displayed  according  to  normalized 

enrichment score (NES) absolute values. Horizontal dashed line indicates significance 

threshold.

 

(G) Hippocampal qPCR validation of dysregulated genes; Heatmap showing relative 

mRNA expression levels of 

C3

Lcn2

Emp1

, an

d Sphk1

 in shGE-5

×

FAD, shNT-5

×

FAD, and shNT-WT groups (

n

 = 4). Data normalized to 

Gapdh

 and expressed as log

2

-

fold changes relative to shNT-WT controls (2^

-

ΔΔ

CT

 method).

 

(H and I) Representative  IF image of sections collected from shGE- and shNT-5

×

FAD 

mice  cortex  co-stained  with  anti-GFAP  ,  anti-C3  antibodies  (H).  Percentage  of  C3-

positive  cells  within  GFAP

+

  cell  populations  were  quantified  by  Image  J  (n 

=

  4 

replicates per group) (I).

 

(J and K) Representative  IF image of sections collected from shGE- and shNT-5

×

FAD 

mice cortex co-stained with anti-GFAP , anti-S100A10 antibodies (J). Percentage of 

S100A10-positive cells within GFAP

+

 cell populations were quantified by Image J (

n

 

= 4 replicates per group) (K).

 

(L and M) Representative  IF image of sections collected from shGE-  and shNT-5

×

FAD mice cortex co-stained with anti-BDNF antibody (L). Relative expression level of 

Iba1 was quantified by Image J (

= 4 replicates per group) (M).

 

(N and O) Representative  IF image of sections collected from shGE- and shNT-5

×

FAD 

mice cortex co-stained with anti-Iba1 antibody (N). Relative expression level of Iba1 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

was quantified by Image J (

n

 = 4 replicates per group) (O).

 

(P) Schematic workflow of astrocyte-derived exosomes (ADEs) isolation from mouse 

serum via orbital venous plexus blood collection.

 

(Q  and  R)  Immunoblot  analysis  of  C3,  GPC4,  BDNF  and  CD81  in  C3  in  ADEs 

collected from shNT-WT, shGE- and shNT-5

×

FAD mice (Q), (R) measured by Image 

J based on gray scale (

= 3 replicates per group).

 

(S)  Transcriptomic  heatmap  of ADE-derived  differentially  expressed  genes  (DEGs) 

across shNT-WT, shGE and shNT-5

×

FAD groups (

= 3 replicates per group).

 

(T) Lipidomic heatmap  of ADE-losded long-chain  fatty acid  profiles from  the same 

experimental groups (

= 3 replicates per group).

 

Statistical  significance  determined  using  a  two-tailed  Student’s

  t 

test. All  values  are 

represented as mean ± SEM, *

< 0.05; **

< 0.01; ***

p

 < 0.001. See also 

Figure S6

.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure  8.  Detecting  the  roles  of  AD-ADEs  in  the  modulation  of  Alzheimer’s 

pathogenesis

 

(A ) Schematic diagram of multi-omics analysis on serum-derived ADEs.

 

(B) Transcriptome heatmap showing a unique neurotoxic molecular genes profile of 

AD-ADEs (

= 6 replicates per group) .

 

(C  and  D) Analysis  of    upregulated  (C)  and  downregulated  (D)  DEGs  by  KEGG 

pathway between AD and non-AD (NC) control ADEs. 

 

(E)  Volcano  plot  showing  elevated  neurotoxic  proteins  and  reduced  neurotrophic 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

factors from AD- ADEs compared to NC

-

ADEs (

n

 = 6 replicates per group).

 

(F  and  G)  Mass  spectrometry  reveals  co-upregulation  and  co-downregulation  of 

differentially expressed genes (DEGs) and proteins (DEPs) between NC and AD. 

 

(H  and  I)  Gene  Set  Enrichment  Analysis  (GESA)  showing  enrichment  in  pro-

inflammatory pathways of AD-ADEs.

 

(J-M) Immunoblotting and simoa quantification showing elevated LCN2 (J), p-Tau181 

(K), p-Tau217 (L) and GSDME-FL (M) in AD-ADEs

 

(

n

 =

 

13 replicates per group).

 

(N) Lipidomic analysis showing enrichment of long-chain saturated fatty acids in AD-

ADEs (

n

 =

 

6 replicates per group).

 

(O and P) Transcriptome heatmap of human glial cells simulated by serum AD-ADEs 

compared to NC-ADEs showing activated of microglia (O) and activated astrocytes (P)

 

in vitro

.

 

(Q and R) Representative images of primary neuron stimulated with AD-ADEs (Q) and 

neuronal  mortality  (R)  were  detected  with  Calcein-AM  and  PI  stain,  quantified  by 

Image J (

n

 = 6 replicates per group) 

 

(S) Schematic diagram of the peripheral pro-inflammation role of AD-ADEs in a mouse 

model.

 

(T and U) The count of blood cells in mice treated with AD-ADEs showing decreased 

platelets (T) and increased neutrophils (U) 2 h post tail vein injected.

 

Statistical  significance  determined  using  a  two-tailed  Student’s

  t 

test. All  values  are 

represented as mean ± SEM, *

< 0.05; **

< 0.01; ***

p

 < 0.001.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

STAR Methods 

 

Detailed methods are provided in the online version and include the following: 

 

⚫ 

KEY RESOURCES TABLE 

 

⚫ 

RESOURCE AVAILABILITY 

 

 

Lead contact 

 

 

Materials availability 

 

 

Data and code availability 

 

⚫ 

EXPERIMENTAL MODEL AND SUBJECT DETAILS 

 

 

Animals 

 

 

Cell culture and treatment

 

⚫ 

METHOD DETAILS 

 

 

Single-cell transcriptome analysis using open snRNA-seq data 

 

RNA extraction and RNA-seq analysis

 

 

Isolation of astrocytic exosomes 

 

 

Nanoparticle tracking analysis (NTA) 

 

 

Synaptosome engulfment assay 

 

 

Neurotoxicity assay

 

 

Scanning electron microscope (SEM)

 

 

Transmission electron microscopy (TEM) 

 

 

Immuno-electron microscope (IEM) 

 

 

Western blotting

 

 

Immunostaining 

 

 

Characterization of subcellular Ca

2+

 

 

 

Saturated lipid analysis 

 

Behavioral test   

 

siRNA transfection

 

 

Lentivirus preparation and infection 

 

Peripheral effect of ADVs 

in vivo

 

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Supplementary information 

 

Figure S1. 

Spatiotemporal and disease-associated heterogeneity of GSDME expression 

in astrocytes

related to 

Figure 1

 

Figure  S2. 

AMCM  induces  the  neurotoxic  phenotype  and  GSDME  activation  in 

primary astrocytes, related to

 

Figure 2

 

Figure S3.

 Detection of Ca

2+

 dynamics, related to 

Figure 3

 

Figure S4.

 Temporal dynamics of GSDME cleavage and signaling pathways in PBS-

treated astrocytes , related to 

Figure 4

 

Figure S5. 

Uptake of astrocytic exosomes by neurons, related to

 Figure 5

 

Figure S6

 Isolation and identification of serum-derived astrocytic exosomes

,

 related to 

Figure 7

 and 

Figure 8

 

Table S1. 

The characteristics of human tissue donors, related to 

Figure 1

 

Table S2. 

Primers used in this study

 

Movie  1. 

Detection  of  cytosolic  Ca

2+

  dynamics

  in  WT-MCM,  WT-AMCM  and 

GSDME KO-AMCM astrocytes following the stimulation within 8 h, 

related to 

Figure 

3

 

Movie 2. 

Detection of ER Ca

2+

 dynamics

 in  WT-MCM and WT-AMCM  astrocytes 

following the stimulation within 8 h,

 related to 

Figure 3

 

Movie 3. 

Detection of  mitochondrial Ca

2+

 dynamics

 in  WT-MCM and WT-AMCM 

astrocytes following the stimulation within 8 h, 

related to 

Figure 3

 

 

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

REFERENCES

 

1.

 

Busche, M.A., and Hyman, B.T. (2020). Synergy between amyloid-beta and tau in Alzheimer's 
disease. Nat Neurosci 

23

, 1183-1193. 10.1038/s41593-020-0687-6.

 

2.

 

Long, J.M., and Holtzman, D.M. (2019). Alzheimer Disease: An Update on Pathobiology and 
Treatment Strategies. Cell 

179

, 312-339. 10.1016/j.cell.2019.09.001.

 

3.

 

Hardy, J.A., and Higgins, G.A. (1992). Alzheimer's disease: the amyloid cascade hypothesis. 
Science 

256

, 184-185. 10.1126/science.1566067.

 

4.

 

Braak,  H.,  and  Del  Tredici,  K.  (2011). Alzheimer's  pathogenesis:  is  there  neuron-to-neuron 
propagation? Acta Neuropathol 

121

, 589-595. 10.1007/s00401-011-0825-z.

 

5.

 

Chetelat,  G.,  La  Joie,  R.,  Villain,  N.,  Perrotin,  A.,  de  La  Sayette,  V.,  Eustache,  F.,  and 
Vandenberghe,  R.  (2013).  Amyloid  imaging  in  cognitively  normal  individuals,  at-risk 
populations  and  preclinical  Alzheimer's  disease.  Neuroimage  Clin 

2

,  356-365. 

10.1016/j.nicl.2013.02.006.

 

6.

 

Mattsson-Carlgren,  N.,  Salvado,  G., Ashton,  N.J., Tideman,  P.,  Stomrud,  E.,  Zetterberg,  H., 
Ossenkoppele,  R.,  Betthauser,  T.J.,  Cody,  K.A.,  Jonaitis,  E.M.,  et  al.  (2023).  Prediction  of 
Longitudinal  Cognitive  Decline  in Preclinical Alzheimer Disease  Using  Plasma  Biomarkers. 
JAMA Neurol 

80

, 360-369. 10.1001/jamaneurol.2022.5272.

 

7.

 

Patani, R., Hardingham, G.E., and Liddelow, S.A. (2023). Functional roles of reactive astrocytes 
in neuroinflammation and neurodegeneration. Nat Rev Neurol 

19

, 395-409. 10.1038/s41582-

023-00822-1.

 

8.

 

Rothstein, J.D., Dykes-Hoberg, M., Pardo, C.A., Bristol, L.A., Jin, L., Kuncl, R.W., Kanai, Y., 
Hediger,  M.A.,  Wang,  Y.,  Schielke,  J.P.,  and  Welty,  D.F.  (1996).  Knockout  of  glutamate 
transporters  reveals  a  major  role  for  astroglial  transport  in  excitotoxicity  and  clearance  of 
glutamate. Neuron 

16

, 675-686. 10.1016/s0896-6273(00)80086-0.

 

9.

 

Bellaver, B., Povala, G., Ferreira, P.C.L., Ferrari-Souza, J.P., Leffa, D.T., Lussier, F.Z., Benedet, 
A.L., Ashton, N.J., Triana-Baltzer, G., Kolb, H.C., et al. (2023). Astrocyte reactivity influences 
amyloid-beta effects on tau pathology in preclinical Alzheimer's disease. Nat Med 

29

, 1775-

1781. 10.1038/s41591-023-02380-x.

 

10.

 

Escartin,  C.,  Galea,  E.,  Lakatos,  A.,  O'Callaghan,  J.P.,  Petzold,  G.C.,  Serrano-Pozo,  A., 
Steinhauser,  C., Volterra, A.,  Carmignoto,  G., Agarwal, A.,  et  al.  (2021).  Reactive  astrocyte 
nomenclature, definitions, and future directions. Nat Neurosci 

24

, 312-325. 10.1038/s41593-

020-00783-4.

 

11.

 

Pereira, J.B., Janelidze, S., Smith, R., Mattsson-Carlgren, N., Palmqvist, S., Teunissen, C.E., 
Zetterberg, H., Stomrud, E., Ashton, N.J., Blennow, K., and Hansson, O. (2021). Plasma GFAP 
is an early marker of amyloid-beta  but not tau pathology in Alzheimer's disease. Brain 

144

3505-3516. 10.1093/brain/awab223.

 

12.

 

De Strooper, B., and Karran, E. (2016). The Cellular Phase of Alzheimer's Disease. Cell 

164

603-615. 10.1016/j.cell.2015.12.056.

 

13.

 

van Dyck, C.H., Sabbagh, M., and Cohen, S. (2023). Lecanemab in Early Alzheimer's Disease. 
Reply. N Engl J Med 

388

, 1631-1632. 10.1056/NEJMc2301380.

 

14.

 

Henstridge,  C.M.,  Hyman,  B.T.,  and  Spires-Jones,  T.L.  (2019).  Beyond  the  neuron-cellular 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

interactions  early  in  Alzheimer  disease  pathogenesis.  Nat  Rev  Neurosci 

20

,  94-108. 

10.1038/s41583-018-0113-1.

 

15.

 

Brandebura, A.N., Paumier, A., Onur, T.S., and Allen, N.J. (2023). Astrocyte  contribution to 
dysfunction, risk and progression in neurodegenerative disorders. Nat Rev Neurosci 

24

, 23-39. 

10.1038/s41583-022-00641-1.

 

16.

 

Verkhratsky, A., and Nedergaard, M. (2018). Physiology of Astroglia. Physiol Rev 

98

, 239-389. 

10.1152/physrev.00042.2016.

 

17.

 

Shah, D., Gsell, W., Wahis, J., Luckett, E.S., Jamoulle, T., Vermaercke, B., Preman, P., Moechars, 

D., Hendrickx, V., Jaspers, T., et al. (2022). Astrocyte calcium dysfunction causes early network 
hyperactivity in Alzheimer's disease. Cell Rep 

40

, 111280. 10.1016/j.celrep.2022.111280.

 

18.

 

Takano, T., Tian, G.F., Peng, W., Lou, N., Libionka, W., Han, X., and Nedergaard, M. (2006). 
Astrocyte-mediated control of cerebral blood flow. Nat Neurosci 

9

, 260-267. 10.1038/nn1623.

 

19.

 

Liddelow,  S.A.,  Guttenplan,  K.A.,  Clarke,  L.E.,  Bennett,  F.C.,  Bohlen,  C.J.,  Schirmer,  L., 
Bennett, M.L., Munch, A.E., Chung, W.S., Peterson, T.C., et  al. (2017). Neurotoxic  reactive 
astrocytes are induced by activated microglia. Nature 

541

, 481-487. 10.1038/nature21029.

 

20.

 

Reichenbach,  N.,  Delekate, A.,  Breithausen,  B.,  Keppler,  K.,  Poll,  S.,  Schulte,  T.,  Peter,  J., 
Plescher, M., Hansen, J.N., Blank, N., et al. (2018). P2Y1 receptor blockade normalizes network 
dysfunction  and  cognition  in  an  Alzheimer's  disease  model.  J  Exp  Med 

215

,  1649-1663. 

10.1084/jem.20171487.

 

21.

 

Hasel, P., Rose, I.V.L., Sadick, J.S., Kim, R.D., and Liddelow, S.A. (2021). Neuroinflammatory 
astrocyte  subtypes  in  the  mouse  brain.  Nat  Neurosci 

24

,  1475-1487.  10.1038/s41593-021-

00905-6.

 

22.

 

Chen,  W.T.,  Lu,  A.,  Craessaerts,  K.,  Pavie,  B.,  Sala  Frigerio,  C.,  Corthout,  N.,  Qian,  X., 
Lalakova, J., Kuhnemund, M., Voytyuk, I., et al. (2020). Spatial Transcriptomics and In Situ 
Sequencing to Study Alzheimer's Disease. Cell 

182

, 976-991 e919. 10.1016/j.cell.2020.06.038.

 

23.

 

Zamanian, J.L., Xu, L., Foo, L.C., Nouri, N., Zhou, L., Giffard, R.G., and Barres, B.A. (2012). 
Genomic 

analysis 

of 

reactive 

astrogliosis. 

Neurosci 

32

6391-6410. 

10.1523/JNEUROSCI.6221-11.2012.

 

24.

 

Habib, N., McCabe, C., Medina, S., Varshavsky, M., Kitsberg, D., Dvir-Szternfeld, R., Green, 
G.,  Dionne,  D.,  Nguyen,  L.,  Marshall,  J.L.,  et  al.  (2020).  Disease-associated  astrocytes  in 
Alzheimer's disease and aging. Nat Neurosci 

23

, 701-706. 10.1038/s41593-020-0624-8.

 

25.

 

Rothhammer, V., Borucki, D.M., Tjon, E.C., Takenaka, M.C., Chao, C.C., Ardura-Fabregat, A., 
de  Lima, K.A., Gutierrez-Vazquez, C., Hewson, P., Staszewski,  O., et  al. (2018). Microglial 
control  of  astrocytes  in  response  to  microbial  metabolites.  Nature 

557

,  724-728. 

10.1038/s41586-018-0119-x.

 

26.

 

Wheeler, M.A., Clark, I.C., Tjon, E.C., Li, Z., Zandee, S.E.J., Couturier, C.P., Watson, B.R., 
Scalisi, G., Alkwai, S., Rothhammer, V., et al. (2020). MAFG-driven astrocytes promote CNS 
inflammation. Nature 

578

, 593-599. 10.1038/s41586-020-1999-0.

 

27.

 

Fu, J., Schroder, K., and Wu, H. (2024). Mechanistic insights from inflammasome structures. 
Nat Rev Immunol 

24

, 518-535. 10.1038/s41577-024-00995-w.

 

28.

 

Neel,  D.V., Basu, H., Gunner, G., Bergstresser, M.D.,  Giadone, R.M., Chung, H., Miao, R., 
Chou, V., Brody, E., Jiang, X., et al. (2023). Gasdermin-E mediates mitochondrial damage in 
axons and neurodegeneration. Neuron 

111

, 1222-1240 e1229. 10.1016/j.neuron.2023.02.019.

 

29.

 

Pollock, N.M., Fernandes, J.P., Woodfield, J., Moussa, E., Hlavay, B., Branton, W.G., Wuest, 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

M., Mohammadzadeh, N., Schmitt, L., Plemel, J.R., et al. (2024). Gasdermin D activation in 
oligodendrocytes  and  microglia  drives  inflammatory  demyelination  in  progressive  multiple 
sclerosis. Brain Behav Immun 

115

, 374-393. 10.1016/j.bbi.2023.10.022.

 

30.

 

Fagerberg, L., Hallstrom, B.M., Oksvold, P., Kampf, C., Djureinovic, D., Odeberg, J., Habuka, 
M., Tahmasebpoor, S., Danielsson, A., Edlund, K., et al. (2014). Analysis of the human tissue-
specific  expression  by  genome-wide  integration  of  transcriptomics  and  antibody-based 
proteomics. Mol Cell Proteomics 

13

, 397-406. 10.1074/mcp.M113.035600.

 

31.

 

Yue, F., Cheng, Y., Breschi, A., Vierstra, J., Wu, W., Ryba, T., Sandstrom, R., Ma, Z., Davis, C., 
Pope, B.D., et al. (2014). A comparative encyclopedia of DNA elements in the mouse genome. 
Nature 

515

, 355-364. 10.1038/nature13992.

 

32.

 

Han, X., Wang, R., Zhou, Y., Fei, L., Sun, H., Lai, S., Saadatpour, A., Zhou, Z., Chen, H., Ye, 
F.,  et  al.  (2018).  Mapping  the  Mouse  Cell  Atlas  by  Microwell-Seq.  Cell 

173

,  1307. 

10.1016/j.cell.2018.05.012.

 

33.

 

Batiuk, M.Y., Martirosyan, A., Wahis, J., de Vin, F., Marneffe, C., Kusserow, C., Koeppen, J., 
Viana,  J.F.,  Oliveira,  J.F.,  Voet,  T.,  et  al.  (2020).  Identification  of  region-specific  astrocyte 
subtypes at single cell resolution. Nat Commun 

11

, 1220. 10.1038/s41467-019-14198-8.

 

34.

 

Yang, A.C., Vest, R.T., Kern, F., Lee, D.P., Agam, M., Maat, C.A., Losada, P.M., Chen, M.B., 
Schaum, N., Khoury, N., et al. (2022). A human brain vascular atlas reveals diverse mediators 
of Alzheimer's risk. Nature 

603

, 885-892. 10.1038/s41586-021-04369-3.

 

35.

 

Morabito, S., Miyoshi, E., Michael, N., Shahin, S., Martini, A.C., Head, E., Silva, J., Leavy, K., 
Perez-Rosendahl,  M.,  and  Swarup,  V.  (2021).  Single-nucleus  chromatin  accessibility  and 
transcriptomic  characterization  of  Alzheimer's  disease.  Nat  Genet 

53

,  1143-1155. 

10.1038/s41588-021-00894-z.

 

36.

 

Lau,  S.F.,  Cao,  H.,  Fu, A.K.Y.,  and  Ip,  N.Y.  (2020).  Single-nucleus  transcriptome  analysis 
reveals dysregulation of angiogenic endothelial cells and neuroprotective glia in Alzheimer's 
disease. Proc Natl Acad Sci U S A 

117

, 25800-25809. 10.1073/pnas.2008762117.

 

37.

 

Garcia, F.J., Sun, N., Lee, H., Godlewski, B., Mathys, H., Galani, K., Zhou, B., Jiang, X., Ng, 
A.P., Mantero, J., et al. (2022). Single-cell dissection of the human brain vasculature. Nature 

603

, 893-899. 10.1038/s41586-022-04521-7.

 

38.

 

Gerrits,  E.,  Brouwer,  N.,  Kooistra,  S.M.,  Woodbury,  M.E.,  Vermeiren,  Y.,  Lambourne,  M., 
Mulder, J., Kummer, M., Moller, T., Biber, K., et al. (2021). Distinct  amyloid-beta  and tau-
associated  microglia  profiles  in  Alzheimer's  disease.  Acta  Neuropathol 

141

,  681-696. 

10.1007/s00401-021-02263-w.

 

39.

 

Pineda, S.S., Lee, H., Ulloa-Navas, M.J., Linville, R.M., Garcia, F.J., Galani, K., Engelberg-
Cook, E., Castanedes, M.C., Fitzwalter, B.E., Pregent, L.J., et al. (2024). Single-cell dissection 
of the  human motor and prefrontal cortices in ALS and FTLD. Cell 

187

, 1971-1989 e1916. 

10.1016/j.cell.2024.02.031.

 

40.

 

Wang, Q., Wang, M., Choi, I., Sarrafha, L., Liang, M., Ho, L., Farrell, K., Beaumont, K.G., 
Sebra, R., De Sanctis, C., et al. (2024). Molecular profiling of human substantia nigra identifies 
diverse neuron types associated with vulnerability in Parkinson's disease. Sci Adv 

10

, eadi8287. 

10.1126/sciadv.adi8287.

 

41.

 

Rogers, C., Fernandes-Alnemri, T., Mayes, L., Alnemri, D., Cingolani, G., and Alnemri, E.S. 
(2017). Cleavage of DFNA5 by caspase-3 during apoptosis mediates progression to secondary 
necrotic/pyroptotic cell death. Nat Commun 

8

, 14128. 10.1038/ncomms14128.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

42.

 

Deng, Q., Wu, C., Parker, E., Liu, T.C., Duan, R., and Yang, L. (2024). Microglia and Astrocytes 
in Alzheimer's Disease: Significance and Summary of Recent Advances. Aging Dis 

15

, 1537-

1564. 10.14336/AD.2023.0907.

 

43.

 

Kim, J., Yoo, I.D., Lim, J., and Moon, J.S. (2024). Pathological  phenotypes of astrocytes in 
Alzheimer's disease. Exp Mol Med 

56

, 95-99. 10.1038/s12276-023-01148-0.

 

44.

 

Wieckowski, M.R., Giorgi, C., Lebiedzinska, M., Duszynski, J., and Pinton, P. (2009). Isolation 
of mitochondria-associated membranes and mitochondria  from animal  tissues and cells. Nat 
Protoc 

4

, 1582-1590. 10.1038/nprot.2009.151.

 

45.

 

de  Brito,  O.M.,  and  Scorrano,  L.  (2008).  Mitofusin  2  tethers  endoplasmic  reticulum  to 
mitochondria. Nature 

456

, 605-610. 10.1038/nature07534.

 

46.

 

Brahimi-Horn, M.C., and Mazure, N.M. (2014). Hypoxic VDAC1: a potential mitochondrial 
marker for cancer therapy. Adv Exp Med Biol 

772

, 101-110. 10.1007/978-1-4614-5915-6_5.

 

47.

 

Toutenhoofd, S.L., Foletti, D., Wicki, R., Rhyner, J.A., Garcia, F., Tolon, R., and Strehler, E.E. 
(1998).  Characterization  of  the  human  CALM2  calmodulin  gene  and  comparison  of  the 
transcriptional  activity  of  CALM1,  CALM2  and  CALM3.  Cell  Calcium 

23

,  323-338. 

10.1016/s0143-4160(98)90028-8.

 

48.

 

Suzuki,  J.,  Kanemaru,  K.,  Ishii,  K.,  Ohkura,  M.,  Okubo, Y.,  and  Iino,  M.  (2014).  Imaging 
intraorganellar  Ca2+  at  subcellular  resolution  using  CEPIA.  Nat  Commun 

5

,  4153. 

10.1038/ncomms5153.

 

49.

 

Chang-Graham, A.L., Perry, J.L., Strtak, A.C., Ramachandran, N.K., Criglar, J.M., Philip, A.A., 
Patton, J.T., Estes, M.K., and Hyser, J.M. (2019). Rotavirus Calcium Dysregulation Manifests 
as Dynamic Calcium Signaling in the Cytoplasm and Endoplasmic Reticulum. Sci Rep 

9

, 10822. 

10.1038/s41598-019-46856-8.

 

50.

 

Guna, A., Volkmar, N., Christianson, J.C., and Hegde, R.S. (2018). The ER membrane protein 
complex is a transmembrane domain insertase. Science 

359

, 470-473. 10.1126/science.aao3099.

 

51.

 

Zhang, L., Xu, Z., Jia, Z., Cai, S., Wu, Q., Liu, X., Hu, X., Bai, T., Chen, Y., Li, T., et al. (2025). 
Modulating mTOR-dependent astrocyte substate transitions to alleviate neurodegeneration. Nat 
Aging 

5

, 468-485. 10.1038/s43587-024-00792-z.

 

52.

 

Tian, Y., Shehata, M.A., Gauger, S.J., Ng, C.K.L., Solbak, S., Thiesen, L., Bruus-Jensen, J., 
Krall,  J.,  Bundgaard,  C.,  Gibson,  K.M.,  et  al.  (2022).  Discovery  and  Optimization  of  5-
Hydroxy-Diclofenac  toward  a  New  Class  of  Ligands  with  Nanomolar  Affinity  for  the 
CaMKIIalpha Hub Domain. J Med Chem 

65

, 6656-6676. 10.1021/acs.jmedchem.1c02177.

 

53.

 

Li, K.L., Huang, H.Y., Ren, H., and Yang, X.L. (2022). Role of exosomes in the pathogenesis 
of  inflammation  in  Parkinson's  disease.  Neural  Regen  Res 

17

,  1898-1906.  10.4103/1673-

5374.335143.

 

54.

 

Wang,  J.,  Li,  L.,  Zhang,  Z., Zhang,  X.,  Zhu, Y.,  Zhang,  C.,  and  Bi, Y.  (2022).  Extracellular 
vesicles  mediate  the  communication  of  adipose  tissue  with  brain  and  promote  cognitive 
impairment  associated  with  insulin  resistance.  Cell  Metab 

34

,  1264-1279  e1268. 

10.1016/j.cmet.2022.08.004.

 

55.

 

Upadhya,  R.,  Zingg, W.,  Shetty,  S.,  and  Shetty, A.K.  (2020). Astrocyte-derived  extracellular 
vesicles: Neuroreparative properties and role in the pathogenesis of neurodegenerative disorders. 
J Control Release 

323

, 225-239. 10.1016/j.jconrel.2020.04.017.

 

56.

 

Guttenplan, K.A., Weigel, M.K., Prakash, P., Wijewardhane, P.R., Hasel, P., Rufen-Blanchette, 
U., Munch, A.E., Blum, J.A., Fine, J., Neal, M.C., et al. (2021). Neurotoxic reactive astrocytes 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

induce cell death via saturated lipids. Nature 

599

, 102-107. 10.1038/s41586-021-03960-y.

 

57.

 

Liu, Z., Zhang, H., Liu, S., Hou, Y., and Chi, G. (2023). The Dual Role of Astrocyte-Derived 
Exosomes and Their Contents in the Process of Alzheimer's Disease. J Alzheimers Dis 

91

, 33-

42. 10.3233/JAD-220698.

 

58.

 

Nagai, J., Bellafard, A., Qu, Z., Yu, X., Ollivier, M., Gangwani, M.R., Diaz-Castro, B., Coppola, 
G.,  Schumacher,  S.M.,  Golshani,  P.,  et  al.  (2021).  Specific  and  behaviorally  consequential 
astrocyte  G(q) GPCR signaling attenuation in vivo with ibetaARK.  Neuron 

109

, 2256-2274 

e2259. 10.1016/j.neuron.2021.05.023.

 

59.

 

Li, M., Liu, Z., Wu, Y., Zheng, N., Liu, X., Cai, A., Zheng, D., Zhu, J., Wu, J., Xu, L., et al. 
(2024). In vivo imaging of astrocytes in the whole brain with engineered AAVs and diffusion-
weighted  magnetic  resonance  imaging.  Mol  Psychiatry 

29

,  545-552.  10.1038/s41380-022-

01580-0.

 

60.

 

Yasuda,  R.,  Hayashi,  Y.,  and  Hell,  J.W.  (2022).  CaMKII:  a  central  molecular  organizer  of 
synaptic plasticity, learning and memory. Nat Rev Neurosci 

23

, 666-682. 10.1038/s41583-022-

00624-2.

 

61.

 

Yun, J., Shin, D., Lee, E.H., Kim, J.P., Ham, H., Gu, Y., Chun, M.Y., Kang, S.H., Kim, H.J., Na, 
D.L., et al. (2025). Temporal Dynamics and Biological Variability of Alzheimer Biomarkers. 
JAMA Neurol 

82

, 384-396. 10.1001/jamaneurol.2024.5263.

 

62.

 

Lee,  H.G.,  Lee,  J.H.,  Flausino,  L.E.,  and  Quintana,  F.J.  (2023).  Neuroinflammation:  An 
astrocyte perspective. Sci Transl Med 

15

, eadi7828. 10.1126/scitranslmed.adi7828.

 

63.

 

De Schutter, E., Roelandt, R., Riquet, F.B., Van Camp, G., Wullaert, A., and Vandenabeele, P. 
(2021). Punching Holes in Cellular Membranes: Biology and Evolution of Gasdermins. Trends 
Cell Biol 

31

, 500-513. 10.1016/j.tcb.2021.03.004.

 

64.

 

Zhu, C., Xu, S., Jiang, R., Yu, Y., Bian, J., and Zou, Z. (2024). The gasdermin family: emerging 
therapeutic targets in diseases. Signal Transduct Target Ther 

9

, 87. 10.1038/s41392-024-01801-

8.

 

65.

 

Hu, J.J., Liu, X., Xia, S., Zhang, Z., Zhang, Y., Zhao, J., Ruan, J., Luo, X., Lou, X., Bai, Y., et 
al.  (2020).  FDA-approved  disulfiram  inhibits  pyroptosis  by  blocking  gasdermin  D  pore 
formation. Nat Immunol 

21

, 736-745. 10.1038/s41590-020-0669-6.

 

66.

 

Miao, R., Jiang, C., Chang, W.Y., Zhang, H., An, J., Ho, F., Chen, P., Zhang, H., Junqueira, C., 
Amgalan, D., et  al. (2023). Gasdermin D  permeabilization of mitochondrial inner and outer 
membranes  accelerates  and  enhances  pyroptosis.  Immunity 

56

,  2523-2541  e2528. 

10.1016/j.immuni.2023.10.004.

 

67.

 

Rizzuto, R., Marchi, S., Bonora, M., Aguiari, P., Bononi, A., De Stefani, D., Giorgi, C., Leo, S., 
Rimessi, A., Siviero, R., et al. (2009). Ca(2+) transfer from the ER to mitochondria: when, how 
and why. Biochim Biophys Acta 

1787

, 1342-1351. 10.1016/j.bbabio.2009.03.015.

 

68.

 

Belosludtsev,  K.N.,  Dubinin,  M.V.,  Belosludtseva,  N.V.,  and  Mironova,  G.D.  (2019). 
Mitochondrial  Ca2+  Transport:  Mechanisms,  Molecular  Structures,  and  Role  in  Cells. 
Biochemistry (Mosc) 

84

, 593-607. 10.1134/S0006297919060026.

 

69.

 

Liu, J., and Yang, J. (2022). Mitochondria-associated membranes: A hub for neurodegenerative 
diseases. Biomed Pharmacother 

149

, 112890. 10.1016/j.biopha.2022.112890.

 

70.

 

Barazzuol,  L.,  Giamogante,  F.,  and  Cali,  T.  (2021).  Mitochondria  Associated  Membranes 
(MAMs):  Architecture  and  physiopathological  role.  Cell  Calcium 

94

,  102343. 

10.1016/j.ceca.2020.102343.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

71.

 

Kuchibhotla,  K.V.,  Lattarulo,  C.R.,  Hyman,  B.T.,  and  Bacskai,  B.J.  (2009).  Synchronous 
hyperactivity and intercellular calcium waves in astrocytes in Alzheimer mice. Science 

323

1211-1215. 10.1126/science.1169096.

 

72.

 

Korte, N., Barkaway, A., Wells, J., Freitas, F., Sethi, H., Andrews, S.P., Skidmore, J., Stevens, 
B.,  and Attwell,  D.  (2024).  Inhibiting  Ca(2+)  channels  in Alzheimer's  disease  model  mice 
relaxes pericytes, improves cerebral blood flow and reduces immune cell stalling and hypoxia. 
Nat Neurosci 

27

, 2086-2100. 10.1038/s41593-024-01753-w.

 

73.

 

Princen, K., Van Dooren, T., van Gorsel, M., Louros, N., Yang, X., Dumbacher, M., Bastiaens, 
I., Coupet, K., Dupont, S., Cuveliers, E., et al. (2024). Pharmacological modulation of septins 
restores calcium homeostasis and is neuroprotective in models of Alzheimer's disease. Science 

384

, eadd6260. 10.1126/science.add6260.

 

74.

 

Asai, H., Ikezu, S., Tsunoda, S., Medalla, M., Luebke, J., Haydar, T., Wolozin, B., Butovsky, O., 
Kugler, S., and Ikezu, T. (2015). Depletion of microglia and inhibition of exosome synthesis 
halt tau propagation. Nat Neurosci 

18

, 1584-1593. 10.1038/nn.4132.

 

75.

 

Cheng, L., Vella, L.J., Barnham, K.J., McLean, C., Masters, C.L., and Hill, A.F. (2020). Small 
RNA  fingerprinting  of  Alzheimer's  disease  frontal  cortex  extracellular  vesicles  and  their 
comparison  with  peripheral  extracellular  vesicles.  J  Extracell  Vesicles 

9

,  1766822. 

10.1080/20013078.2020.1766822.

 

76.

 

Liu, X., Shen, L., Wan, M., Xie, H., and Wang, Z. (2024). Peripheral extracellular vesicles in 
neurodegeneration: pathogenic influencers and therapeutic vehicles. J Nanobiotechnology 

22

170. 10.1186/s12951-024-02428-1.

 

77.

 

Sardar  Sinha,  M., Ansell-Schultz, A.,  Civitelli,  L.,  Hildesjo,  C.,  Larsson,  M.,  Lannfelt,  L., 
Ingelsson,  M.,  and  Hallbeck,  M.  (2018).  Alzheimer's  disease  pathology  propagation  by 
exosomes  containing  toxic  amyloid-beta  oligomers.  Acta  Neuropathol 

136

,  41-56. 

10.1007/s00401-018-1868-1.

 

78.

 

Rabah, Y., Berwick, J.P., Sagar, N., Pasquer, L., Placais, P.Y., and Preat, T. (2025). Astrocyte-
to-neuron  H(2)O(2)  signalling  supports  long-term  memory  formation  in  Drosophila  and  is 
impaired in an Alzheimer's disease model. Nat Metab 

7

, 321-335. 10.1038/s42255-024-01189-

3.

 

79.

 

Pons-Espinal, M., Blasco-Agell, L., Fernandez-Carasa, I., Andres-Benito, P., di Domenico, A., 
Richaud-Patin, Y., Baruffi, V., Marruecos, L., Espinosa, L., Garrido, A., et al. (2024). Blocking 
IL-6  signaling  prevents  astrocyte-induced  neurodegeneration  in  an  iPSC-based  model  of 
Parkinson's disease. JCI Insight 

9

. 10.1172/jci.insight.163359.

 

80.

 

Ameroso,  D.,  Meng, A.,  Chen,  S.,  Felsted,  J.,  Dulla,  C.G.,  and  Rios,  M.  (2022). Astrocytic 
BDNF  signaling  within  the  ventromedial  hypothalamus  regulates  energy  homeostasis.  Nat 
Metab 

4

, 627-643. 10.1038/s42255-022-00566-0.

 

81.

 

Allen, N.J., Bennett, M.L., Foo, L.C., Wang, G.X., Chakraborty, C., Smith, S.J., and Barres, 
B.A. (2012). Astrocyte glypicans 4 and 6 promote formation of excitatory synapses via GluA1 
AMPA receptors. Nature 

486

, 410-414. 10.1038/nature11059.

 

82.

 

Jack,  C.R.,  Jr.,  Bennett,  D.A.,  Blennow,  K.,  Carrillo,  M.C.,  Dunn,  B.,  Haeberlein,  S.B., 
Holtzman,  D.M.,  Jagust,  W.,  Jessen,  F.,  Karlawish,  J.,  et  al.  (2018).  NIA-AA  Research 
Framework: Toward a biological definition of Alzheimer's disease. Alzheimers Dement 

14

, 535-

562. 10.1016/j.jalz.2018.02.018.

 

83.

 

Wolfes, A.C., and Dean, C. (2018). Culturing In Vivo-like Murine Astrocytes Using the Fast, 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Simple, and Inexpensive AWESAM Protocol. J Vis Exp. 10.3791/56092.

 

84.

 

Tamashiro,  T.T.,  Dalgard,  C.L.,  and  Byrnes,  K.R.  (2012).  Primary  microglia  isolation  from 
mixed glial cell cultures of neonatal rat brain tissue. J Vis Exp, e3814. 10.3791/3814.

 

85.

 

Beaudoin, G.M., 3rd, Lee, S.H., Singh, D., Yuan, Y., Ng, Y.G., Reichardt, L.F., and Arikkath, J. 
(2012). Culturing pyramidal neurons from the early postnatal mouse hippocampus and cortex. 
Nat Protoc 

7

, 1741-1754. 10.1038/nprot.2012.099.

 

86.

 

Dickens, A.M., Tovar, Y.R.L.B., Yoo, S.W., Trout, A.L., Bae, M., Kanmogne, M., Megra, B., 
Williams, D.W., Witwer, K.W., Gacias, M., et al. (2017). Astrocyte-shed extracellular vesicles 
regulate  the  peripheral  leukocyte  response  to  inflammatory  brain  lesions.  Sci  Signal 

10

10.1126/scisignal.aai7696.

 

87.

 

Nagy,  A.,  and  Delgado-Escueta,  A.V.  (1984).  Rapid  preparation  of  synaptosomes  from 
mammalian brain using nontoxic isoosmotic gradient material (Percoll). J Neurochem 

43

, 1114-

1123. 10.1111/j.1471-4159.1984.tb12851.x.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

KEY RESOURCES TABLE 

 

REAGENT or RESOURCE

 

SOURCE

 

IDENTIFIER

 

Antibodies

 

 

 

Chicken polyclonal anti-GFAP

 

Abcam

 

Cat# ab4674; RRID: 
AB_304558

 

Mouse monoclonal anti-GFAP

 

Cell Signaling 
Technologies

 

Cat# 3670S; RRID: 
AB_561049

 

Rabbit monoclonal anti-GSDME

 

Abcam

 

Cat# ab215191; 
RRID:

 

AB_2737000

 

Rabbit monoclonal anti-cleaved N-terminal GSDME

 

Cell Signaling 
Technologies

 

Cat# E8G4U; RRID: 
AB_2923216

 

Rabbit monoclonal anti-GSDMD

 

Abcam 

 

Cat# ab209845; 
RRID: AB_2783550

 

Goat polyclonal anti-complement C3

 

Thermo Fisher 
Scientific

 

Cat# PA1-29715; 
RRID:

 

AB_2066730

 

Mouse monoclonal anti-complement C3

 

Santa Cruz 
Biotechnology

 

Cat#

 

sc-28294; 

RRID: AB_627277

 

Rabbit monoclonal anti-LCN2

 

Abcam

 

Cat# ab63929; RRID:

 

AB_1140965

 

Rabbit polyclonal anti-HMGB1

 

Abcam

 

Cat# ab18256; 
RRID: AB_444360

 

Rabbit polyclonal anti-iNOS

 

Abclonal Technology

 

Cat# A14031; 
RRID: AB_2760886

 

Rabbit monoclonal anti-ACSL4

 

Abcam

 

Cat# ab155282; 
RRID: AB_2714020

 

Mouse polyclonal anti-IP3R

 

Boster Biological 
Technology

 

Cat# PB9225, 
RRID: AB_3082024

 

Rabbit polyclonal anti-VDAC1

 

Proteintech

 

Cat# 55259-1-AP;

 

RRID: AB_10837225

 

Rabbit polyclonal anti-GAPDH

 

HuaBio

 

Cat# ER1706-83; 
RRID: AB_3069094

 

Mouse monoclonal anti-β-actin

 

HuaBio

 

Cat# EM21002; 
RRID: AB_2819164

 

Rabbit monoclonal anti-caspase-3

 

Abcam

 

Cat# ab184787; 
RRID:

 

AB_2827742

 

Rabbit polyclonal anti-Iba1

 

FUJIFILM Wako

 

Cat# 019-19741; 
RRID:

 

AB_839504

 

Rabbit monoclonal anti-Iba1

 

Cell Signaling 
Technologies

 

Cat# 17198T; RRID:

 

AB_2820254

 

Rabbit monoclonal anti-NeuN

 

Abcam

 

Cat# ab177487; 
RRID:

 

AB_2532109

 

Mouse monoclonal anti-PSD-95

 

Santa Cruz 
Biotechnology

 

Cat# sc-71934; 
RRID:

 

AB_1128590

 

Rabbit polyclonal anti-synaptophysin

 

Proteintech

 

Cat# 17785-1-AP; 
RRID:

 

AB_2271365

 

Chicken polyclonal anti-MAP2

 

Abcam

 

Cat#ab5392; RRID:

 

AB_2138153

 

Rabbit monoclonal anti-calnexin, CD9, CD63, CD81, Hsp70, 
TSG101

 

Abcam

 

Cat#ab275018

 

Rabbit polyclonal anti-SHH

 

Cusabio

 

Cat# CSB-
PA623000LA01HU

 

Rabbit polyclonal anti-BDNF

 

Cusabio

 

Cat# CSB-
PA05775A0Rb

 

Rabbit polyclonal anti-EMP1

 

Cusabio

 

Cat# CSB-
PA007648LA01HU

 

Rabbit polyclonal anti-SPHK1

 

Cusabio

 

Cat# CSB-
PA022564LA01HU

 

Rabbit polyclonal anti-Phospho-NRF2 (p-NRF2)

 

ABclonal

 

Cat# AP1133 RRID: 
AB_2864001

 

Rabbit monoclonal anti-LCN2

 

ABclonal

 

Cat# A11207 RRID: 
AB_2861520

 

Rabbit polyclonal anti-S100A10

 

ABclonal

 

Cat# A14658 RRID: 
AB_2761534

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Mouse monoclonal anti-CaMKII alpha

 

Proteintech

 

Cat# 66843-1-Ig 
RRID: AB_2882184

 

Rabbit recombinant  anti-Phospho-NF-kB p65 (p-p65)

 

ABclonal

 

Cat# AP1294 RRID: 
AB_3099756

 

Rabbit Recombinant anti-NRF2

 

Proteintech

 

Cat# 80593-1-RR 
RRID: AB_2918904

 

Rabbit anti-Phospho-CaMKII alpha (T286) (p- CaMKIIα)

 

ABclonal

 

Cat# AP1386 

 

Rabbit polyclonal anti-GPC4

 

Cusabio

 

Cat# CSB-
PA009706LA01HU

 

Rabbit recombinant anti-GDNF

 

Proteintech

 

Cat# 83087-2-RR 
RRID: AB_3670803

 

Rabbit polyclonal anti-SPHK1

 

Proteintech

 

Cat# 10670-1-AP 
RRID: AB_2195809

 

Rabbit monoclonal anti-GSDME

 

abcam

 

Cat# ab215191 
RRID: AB_2737000

 

Anti-mouse IgG secondary antibody, FITC conjugated

 

Boster Biological 
Technology

 

Cat#BA1101

 

Anti-mouse IgG secondary antibody, Alexa Fluor® 568 
conjugated

 

Abcam

 

Cat#ab175473; 
RRID:

 

AB_2895153

 

Anti-mouse IgG secondary antibody, Alexa Fluor® 647 
conjugated

 

Abcam

 

Cat#ab150115; 
RRID:

 

AB_2687948

 

Anti-Rabbit IgG Secondary Antibody, Cy3 Conjugated

 

Boster Biological 
Technology

 

Cat#BA1032; RRID:

 

AB_2716305

 

Anti-rabbit IgG secondary antibody, Alexa Fluor® 647 
conjugated

 

Abcam

 

Cat#ab150075; 
RRID:

 

AB_2752244

 

Anti-chicken IgY secondary antibody, Alexa Fluor® 594 
conjugated

 

Abcam

 

Cat#ab150176; 
RRID:

 

AB_2716250

 

Anti-chicken IgY secondary antibody, Alexa Fluor® 647 
conjugated

 

Abcam

 

Cat#ab150171; 
RRID:

 

AB_2921318

 

Anti-goat IgG secondary antibody, Alexa Fluor® 647 conjugated

 

Abcam

 

Cat#ab150135; 
RRID:

 

AB_2687955

 

Anti-rabbit IgG secondary antibody, 10 nm gold conjugated

 

Abcam

 

Cat#ab39601; 
RRID:

 

AB_954434

 

Biological samples

 

 

 

Human brain tissue

 

Chinese Brain Bank 
Center

 

N/A

 

Chemicals, peptides, and recombinant proteins

 

PEI

 

Proteintech

 

Cat#PR40001

 

Lipopolysaccharides from 

E. coli

 O 111: B4

 

Sigma-Aldrich

 

Cat#L2630

 

Nigericin

 

InvivoGen

 

Cat#tlrl-nig

 

E. coli 

OMVs

 

InvivoGen

 

Cat#tlrl-omv-1

 

poly-L-lysine

 

Boster Biological 
Technology

 

Cat#AR0003

 

Fetal bovine serum

 

Thermo Fisher 
Scientific

 

Cat#10091148

 

DMEM, high glucose, pyruvate

 

Thermo Fisher 
Scientific

 

Cat#C11995500BT

 

0.25% trypsin-EDTA

 

Beyotime 
Biotechnology

 

Cat#C0201

 

N-Acetyl-L-cysteine

 

Sigma-Aldrich

 

Cat#A8199-10G

 

Glutamax

 

Gibco

 

Cat#35050061

 

apo-Transferrin human

 

Sigma-Aldrich

 

Cat#T1147-100MG

 

HB-EGF protein, human

 

MedChemExpress

 

Cat#HY-P7017

 

Recombinant human HB-EGF protein

 

R&D Systems

 

Cat#259-HE

 

B27

 

Gibco

 

Cat#17504044

 

4% Paraformaldehyde (PFA) solution in PBS

 

Boster Biological 
Technology

 

Cat#AR1068

 

ATP

 

New England 
BioLabs (NEB)

 

Cat#P0756S

 

Critical commercial assays

 

 

 

CytoTox 96®non-radioactive cytotoxicity assay kit

 

Promega

 

Cat#G1780

 

Calcein/PI cell viability/cytotoxicity assay kit

 

Beyotime 
Biotechnology

 

Cat#C2015M

 

NF-κB pathway sampler kit

 

Cell Signaling

 

Cat#9936T

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Experimental models: Cell lines

 

 

Human: HEK293T

 

ATCC

 

Cat# CRL-3216

 

Mouse: BV-2

 

Procell Life 
Science&Technology

 

Cat#CL-0493A

 

Experimental models: Animals

 

 

Mouse: C57BL/6J; 5×FAD

 

Animal Resources 
Center of the Fourth 
Military Medical 
University

 

N/A

 

Mouse: C57BL/6J GSDME

-/-

 

NIBS

 

N/A

 

Recombinant DNA

 

 

 

pCMV-VSV-G

 

N/A

 

Addgene: #8454

 

pCMV-dR8.91

 

YouBio

 

Cat: #VT1441

 

Plasmid: pGP-CMV-GCaMP6s

 

HonorGene

 

Addgene: #40753

 

Plasmid:

 

pLVX-puro_G-CEPIA1er

 

HonorGene

 

Addgene: #164590

 

Plasmid: pCMV-CEPIA4mt

 

HonorGene

 

Addgene:

 

#58220

 

Software and algorithms

 

 

 

ImageJ

 

National Institutes of 
Health

 

https://imagej.nih.go
v/ij/

 

Graphpad Prism

 

GraphPad Software

 

https://www.graphpa
d.com

 

CellMarker

 

Harbin Medical 
University

 

http://xteam.xbio.top
/CellMarker/

 

Human Protein Atlas

 

N/A

 

https://www.proteina
tlas.org/

 

Seurat (v.4.3.0)

 

Satija Lab

 

https://satijalab.org/s
eurat/

 

RStudio (1.1.442)

 

N/A

 

https://posit.co/down
loads/

 

R (v.4.1.1)

 

N/A

 

https://www.r-
project.org/

 

ggplot2 (v.3.4.4)

 

GitHub

 

https://github.com/er
ikgahner/awesome-
ggplot2

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

RESOURCE AVAILABILITY 

 

Lead contact 

 

Further inquiries and requests for resources and reagents should be directed to the lead 

contact, Doctor Qin Liu (

qinliu@ecust.edu.cn

), and will be fulfilled upon reasonable 

request.

 

Materials availability 

 

This study did not generate new unique reagents. 

 

Data and code availability 

⚫ 

Data reported in this paper will be shared by the lead contact upon request. 

 

⚫ 

All scripts used in this manuscript are available from the lead contact upon 

 

reasonable request. 

 

⚫ 

Any additional information required to reanalyze data reported in this paper is 

 

available from the lead contact upon request. 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

EXPERIMENTAL MODEL AND SUBJECT DETAILS

 

Animals

 

All experimental procedures involving mice were conducted under a protocol approved 
by  the  Fourth  Military  Medical  University  Institutional  Animal  Care  and  Use 
Committee, adhering to the guidelines outlined by the Animal Welfare Act and relevant 
Chinese regulations concerning animal experimentation. Wild-type C57BL/6 mice and 
5×FAD  transgenic  mice  (C57BL/6  background)  were  supplied  by  the  Animal 
Resources  Center  of  the  Fourth  Military  Medical  University  (Xi’an,  China),  while 
GSDME

-/-

transgenic mice (C57BL/6) were kindly provided by Professor Feng Shao. 

All strains were maintained under specific pathogen-free conditions by breeding with 
C57BL/6 mice, with animals housed in controlled environments (temperature: 22 ± 1°C, 
humidity: 50 ± 10%, 12-h light/dark cycle) and provided ad libitum access to food and 
water. To eliminate bias, animals were randomly assigned identification numbers and 
subsequently evaluated in a blinded manner throughout the experimental procedures.

 

Cell culture and treatment

 

Astrocytes

 

Mouse primary astrocytes were cultured following an established protocol with minor 
modifications.

83

  Briefly,  astrocytes  were  isolated  from  the  cortices  or  hippocampus 

obtained from mouse pups of mixed sexes at postnatal day 0 (P0). P0 mouse pups were 
decapitated, and brains were isolated and kept in ice-cold Dulbecco’s modified Eagle 
medium  (DMEM).

 

After  removing  the  meninges  and  capillaries,  the  cortices  or 

hippocampus were minced and digested with 0.125% Trypsin-EDTA

 

at 37°C for 10 

min.  Digestion  was  halted  with  DMEM  containing  10%  fetal  bovine  serum  (FBS). 
Large tissue aggregates were removed by filtering through a 40-μm mesh. The cells 
were pelleted by centrifugation at 300 

 

g

 for 10 min and resuspended in DMEM with 

10% FBS. Following a differential adhesion period of 20 min, the culture medium was 
replaced with a serum-free base medium.

 

The culture medium consisted of a mixture 

of  50%  Neurobasal  and  50%  DMEM,  supplemented  with  100  U/mL  penicillin,  100 
μg/mL streptomycin, 1 mM sodium pyruvate, 292 μg/mL glutamine, 5 ng/mL HBEGF, 
and 5 μg/mL N-acetylcysteine. Cells were seeded on T75 culture flasks pre-coated with 
poly-L-lysine. After 4 d, the medium was replaced with DMEM supplemented with 10% 
FBS. 

 

For the collection of astrocyte-conditioned medium (ACM), astrocyte cultures were 

randomly chosen as control or reactive. Following 8 d in culture, the flask was agitated 
at  260  rpm  for  8  h  at  37°C  to  eliminate  microglial  cells  and  then  harvested  by 
trypsinization  using  0.25% Trypsin-EDTA.  Neurotoxic  astrocytes  were  generated 

in 

vitro

 by culturing purified astrocytes for 8 d, followed by a 48-h exposure to activated 

microglia conditioned medium (AMCM). The conditioned medium from both control 
(ACM)  and  neurotoxic  (aACM)  astrocytes  was  harvested  and  concentrated  using 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

ultrafiltration  concentration  tubes  with  a  10  kDa  retention  capacity  until  it  reached 
approximately a tenfold volume concentration for subsequent neuronal toxicity testing 
or exosome isolation.

 

Primary human astrocytes (HA, ScienCell Research Laboratories, Cat#  HA) were 

cultured in poly-L-lysine-coated (2 μg/cm²) 24-well plates. Prior to cell seeding, plates 
were pre-coated with poly-L-lysine (10 mg/ml, Cat# 0413) diluted in sterile water (2 
μg/cm²)  and  incubated  overnight  at  37°C.  Cells  were  thawed  and  expanded  in T-75 
flasks following the manufacturer’s protocol, then subcultured into 24-well plates at a 
density  of  5,000  cells/cm²  in  complete  Astrocyte  Medium  (AM,  Cat#  1801) 
supplemented  with AGC  and  FBS.  Cultures  were  maintained  at  37°C  in  a  5%  CO₂ 
incubator  until  reaching  70%  confluency  (typically  3-4  days  post-seeding).  For 
exosome stimulation, cells were gently washed twice with pre-warmed DPBS (Cat# 
0303) to remove serum and growth factors. Serum- and AGC-free Astrocyte Medium 
(500 μL/well) was added, followed by exosomes resuspended in the same medium at a 
final  concentration  of  100  μg/mL.  Control  wells  received  vehicle  solution  (equal 
volume  of  PBS  or  exosome-free  medium). The  plate  was  incubated  under  standard 
conditions (37°C, 5% CO₂) for 24 h.

 

Microglia

 

Mouse primary microglia were cultured following an established protocol with minor 
modifications.

84

 

Briefly, microglia were isolated from the cortices obtained from mouse 

pups  of  mixed  sexes  at  postnatal  day  0  (P0).  P0  mouse  pups  were  decapitated,  and 
brains were isolated and kept in ice-cold DMEM. After removing the meninges and 
capillaries, the cortices were minced and digested with 0.125% trypsin-EDTA at 37°C 
for a duration of 15 min. The digestion process was halted with DMEM containing 10% 
FBS. Large tissue aggregates were removed by filtering through a 40 μm mesh. The 
cells were pelleted at 600

 

g

 for 10 min

 

and resuspended in DMEM with 10% FBS. 

Following a differential adhesion period of 1 h, the culture medium was replaced with 
a serum-free base medium. The medium was changed the next day and changed every 
4 d for the next 12 d. When mixed glial cultures were completely confluent, microglia 
were harvested by shake-off at 200 rpm at 37°C for 6 h. Microglia were counted and 
plated  in  24-well  culture  plates  at  a  density  of  1.5×10

6

  cells/ml. The  culture  purity 

was  >99%,  verified  by  immunofluorescence  with  GFAP  (for  astrocytes),  NeuN  (for 
neurons) and CD11b (for microglia).

 

Neurons

 

Primary cortical neurons from mouse embryos at embryonic day 14-18 were isolated 
and cultured in neurobasal medium following a previously established protocol with 
minor  modifications.

85

 

Briefly,  following  a  differential  adhesion  period  of  4  h  in 

DMEM  containing  10%  FBS,  the  culture  medium  was  replaced  with  neurobasal 
medium  supplemented  with  1%  B-27,  0.5  mM  glutamine  and  1%  penicillin-
streptomycin.

 

Following 7 d in culture, neurotoxicity assay was conducted 

in vitro

.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Primary human neurons (ScienCell Research Laboratories, Cat# HN) were seeded at 

a density of 30,000 cells/cm² in poly-L-lysine-coated (2 μg/cm²) 96-well plates. Prior 
to seeding, plates were coated with poly-L-lysine (10 mg/mL, Cat# 0413) diluted in 
sterile deionized water (2 μg/cm²) and incubated at 37°C for 1 hour, followed by three 
washes with sterile water. Cells were cultured in Neuronal Medium (Cat# NM-1520) 
supplemented  with  neuronal  growth  supplement  (NGC)  and  2%  fetal  bovine  serum 
(FBS) under standard conditions (37°C, 5% CO₂). After 96 h of culture, cells reached 
a mature neuronal phenotype with established synaptic networks, as confirmed by βIII-
tubulin immunostaining. For exosome stimulation, the culture medium was aspirated, 
and cells were gently washed twice with pre-warmed Dulbecco’s Phosphate-Buffered 
Saline (DPBS, Cat# 0303) to remove residual serum and growth factors. Serum- and 
NGC-free Neuronal Medium (100 μL/well) was added to each well. Purified exosomes 
were resuspended in the serum-free medium at a final concentration of 50–100 μg/mL 
and applied to the neurons. Control wells received an equivalent volume of exosome-
free medium. The plate was incubated for 6–24 h (37°C, 5% CO₂) to assess exosome-
mediated effects.

 

BV2 cells

 

Immortalized mouse BV2 microglial cells were cultured in DMEM medium with 10% 
FBS at 37°C in a humidified atmosphere containing 95% air and 5% CO₂. The BV2 
cells  were  stimulated  with  0.1  μg/mL lipopolysaccharide  (LPS)  in  Opti-MEM  for  4 
hours. After LPS stimulation, 5  μM Aβ

1-42

 oligomers were added to  the culture and 

incubated for an additional 20 h. The activated culture medium of BV2 cells (AMCM) 
was then collected and concentrated to approximately one-tenth of its original volume 
using 30 kDa ultrafiltration tubes for generating neurotoxic astrocytes.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

METHOD DETAILS

 

Single-cell transcriptome analysis using open snRNA-seq data

 

Basic processing and image plotting of the snRNA-seq data were performed with Seurat 
(v.4.3.0), ggplot2 (v.3.4.4) and ggpurb (v.0.4.0), run on RStudio (v.1.1.442), using R (v. 
4.1.1).

 

Cells with the number of genes (nFeature_RNA) less than 200 and more than 

10,000, as well as the percentage of mitochondrial genes larger than 5%were discarded. 
The  expression  matrix  of  snRNA-seq  were  converted  into  a  standard  input  file. 
Following  clustering,  astrocytes  were  distinguished  from  different  clusters  using 
CellMarker  (

http://xteam.xbio.top/CellMarker/

)  and  the  Human  Protein  Atlas 

(

https://www.proteinatlas.org/

). Subsequently, the comparation of astrocytic

 GSDME

 

expression (disease group versus healthy group) was identified using the FindMarkers 
function.  Analyses  of  datasets  from  various  databases  were  conducted  separately. 
Identification of astrocytes using conventional snRNA seq analysis methods. Further 
subgroup analysis of astrocytes with a resolution ≥ 0.1. Within each cluster, we assessed 
the average log

2

 (fold change) of 

Gfap

. Clusters with an avg_log

2

(fold change) > 0 were 

categorized as the reactive astrocyte group, while the remaining clusters were classified 
as  the  non-reactive  astrocyte  group.  The  cells  were  discarded  with  zero  expression 
levels  of  GSDME.  The  analysis  of  astrocytic 

GSDME

  expression  across  various 

subtypes in Figure 6A was conducted post-clustering. Each subtype of astrocytes (ASTs) 
was subsequently paired with its counterpart to identify ASTs based on marker genes

67

The  correlations  between 

GSDME

  and  different  astrocytic  marker  genes  across 

different ASTs were analyzed using the Spearman method. 

 

RNA extraction and RNA-seq analysis

 

Total RNA was isolated from mouse cortical tissues using Trizol Reagent (Invitrogen 
Life Technologies), followed by direct lysis of cell samples in 24-well culture plates. 
RNA  concentration,  purity,  and  integrity  were  assessed  via  NanoDrop 
spectrophotometry  (Thermo  Scientific)  and  agarose  gel  electrophoresis.  For  library 
construction,  3  μg  of  RNA  was  subjected  to  mRNA  enrichment  with  poly-T  oligo-
attached magnetic beads, followed by fragmentation in Illumina buffer using divalent 
cations (94°C, 5 min). First-strand cDNA was synthesized with SuperScript II reverse 
transcriptase  and  random  hexamers,  and  second-strand  cDNA  was  generated  using 
DNA  Polymerase  I/RNase  H.  Blunt-end  repair,  3′-adenylation,  and  Illumina  adapter 
ligation  were  sequentially  performed.  Library  fragments  (400–500  bp)  were  size-
selected with AMPure XP beads (Beckman Coulter, USA), amplified by 15-cycle PCR, 
and  quantified  via Agilent  Bioanalyzer  2100  (Agilent  Technologies).  Final  libraries 
were  sequenced  on  an  Illumina  NovaSeq  6000  platform  (Shanghai  Personal 
Biotechnology Co., Ltd).

 

RNA  sequencing  was  performed  as  follows:  Raw  sequencing  data  (FASTQ  files) 

were  quality-controlled  using  Cutadapt  (v1.15)  to  remove  adapters  and  low-quality 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

reads, generating clean data. HISAT2 (v2.0.5) aligned filtered reads to the reference 
genome. Gene expression quantification was calculated via HTSeq (0.9.1) with FPKM 
normalization.  Differential  expression  analysis  employed  DESeq  (v1.39.0)  with 
thresholds set at |log

2

FoldChange| >1.5 (tissue samples) or >2 (cellular samples) and 

adjusted 

p

-value  <0.05.  Bidirectional  clustering  of  differentially  expressed  genes 

(DEGs) was visualized using the pheatmap R package (v1.0.8), with Euclidean distance 
and  complete  linkage  algorithms.

 

Functional  enrichment  analysis  encompassed  GO 

term  enrichment  via  topGO  (v2.40.0)  using  a  hypergeometric  test  (

p

<0.05),  KEGG 

pathway annotation using clusterProfiler (v3.16.1) (

p

<0.05), and multi-database Gene 

Set Enrichment Analysis (GSEA) performed with clusterProfiler (v3.16.1). For GSEA, 
pre-ranked gene lists (sorted by log

2

FoldChange) were tested against gene sets from 

MSigDB  Hallmark,  GO  Biological  Process,  and  KEGG  pathways.  Significance  for 
GSEA was defined as FDR <0.25 and |Normalized Enrichment Score (NES)| >1.

 

Isolation of astrocytic exosomes

 

The ACM of WT-MCM, GSDME KO-MCM, WT-AMCM, or GSDME KO-AMCM 
astrocytes were harvested 48 h post-stimulation. The astrocytic exosomes were then 
isolated  through  differential  ultracentrifugation,  following  the  method  previously 
described.

86

 

Briefly, the collected medium underwent centrifugation at 300× 

g

 for 10 

min  and  2,000× 

g

  for  10  min  at  4°C  to  eliminate  dead  cells  and  cellular  debris. 

Subsequently, the supernatant was centrifuged at 10,000× 

g

 for 30 min at 4°C to remove 

larger microvesicles and apoptotic bodies. The remaining supernatant was subjected to 
ultracentrifugation at  100,000× 

g

 for 70 min at  4°C to  yield the astrocytic exosome 

pellet. This pellet was washed once with PBS to ensure the removal of non-specific 
proteins and debris.

 

Nanoparticle tracking analysis (NTA)

 

The size and quantity of isolated astrocytic exosomes were assessed using a ZetaView 
Nanoparticle Tracker and Particle Metrix software. Exosome samples were diluted with 
1× PBS buffer for size and concentration measurements. The NTA measurements were 
taken at 11 different positions, and the ZetaView system was calibrated with 250 nm 
polystyrene  particles.  The  temperature  during  the  measurements  was  controlled  at 
approximately 23°C and 30°C.

 

Synaptosome engulfment assay

 

Synaptosomes were isolated from mouse brain according to the procedure described in 
a previous study

87

 

and labeled with pHrodo Red succinimidyl ester. Excess pHrodo Red 

was  removed  by  centrifugation,  and  the  pHrodo-labeled  synaptosomes  were  then 
resuspended in PBS containing 5% dimethyl sulfoxide (DMSO) before being stored at 
-80°C.  Primary  mouse  astrocytes  were  seeded  on  Poly-L-lysine  precoated  24-well 
plates at a density of 1×10

cells per well for 24 h and exposed to MCM or aMCM for 

an  additional  48  h.  Subsequently,  the  cells  were  incubated  with  pHrodo-labeled 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

synaptosomes (5 μL) for 24 h, followed by co-staining with Calcein AM to visualize 
the  uptake  of  synaptosomes  by  astrocytes.  Images  were  captured  with  a  confocal 
microscope (IXplore SpinSR).

 

Neurotoxicity assay

 

Mouse primary cortical neurons were isolated and cultured as mentioned before. The 
cultured  cortical  neurons  were  incubated  with  the  concentrated  ACM  or  purified 
exosomes collected from astrocytes in neurobasal medium for 24 h. Neuronal viability 
was measured using the Calcein AM/PI method with a viability/cytotoxicity assay kit 
(Beyotime, Cat#C2015M).

 

Scanning electron microscope (SEM)

 

Astrocytes growing on cover slips were stimulated by MCM, AMCM or overexpressed 
EGFP-tagged  GSDME-NT.  Subsequently,  the  cells  were  rinsed  thrice  with  PBS, 
followed by fixation with 2.5% glutaraldehyde at 4°C for 24 h. The slips were rinsed 
twice with PBS after glutaraldehyde removed. The morphology of astrocytes on glass 
slides was examined using a scanning electron microscope (ThermoFisher Quattro S) 
following  treatment  with  osmium  tetroxide,  dehydration,  and  gold  coating.  For  the 
exosome samples,

 

20 μL of exosome suspension droplets were pipetted into the copper 

mesh  grid  and  retained  on  the  copper  mesh  for  a  few  moments  (more  than  1  min). 
Negative staining was performed by dripping 2% phosphotungstic acid onto the grid 
for 1-10 min, and dry naturally at room temperature after the filter paper is blotted dry. 
Samples  were  observed  and  photographed  under  a  biological  transmission  electron 
microscope at 120 kV accelerating voltage.

 

Transmission electron microscopy (TEM)

 

Astrocytes were treated with 0.25% trypsin at 24 h post-stimulation. Subsequently, the 
cells  were  pelleted  by  centrifugation  at  600  rpm  for  3  min,  and  resuspended  in  3% 
glutaraldehyde. The resuspended cells were then centrifuged at 5000 rpm for 10 min to 
form  tight  cell  clusters,  after  which  the  supernatant  was  carefully  removed.  Fresh 
glutaraldehyde was slowly added to the tubes, which were then stored at 4°C for 24 h. 
The cell clusters underwent osmium acid treatment, dehydration, and embedding, and 
were sectioned to a thickness of 70 nm. Finally, the sections were stained with lead 
citrate and uranyl acetate for observation under an electron microscope (HITACHI, HT-
7800).

 

Immuno-electron microscope (IEM)

 

Astrocytes stimulated with microglia conditioned medium for 24 h were collected for 
TEM samples, avoiding osmium-acid treatment. The cell clusters were cut into ultrathin 
70 nm sections and placed on a nickel mesh with 200-300 mesh holes. Sections were 
soaked in 1% H

2

O

2

 for 10 min and then rinsed in double-distilled water for 10 min. 

Blocking was performed with  1% PBSA (1% BSA in PBS buffer) for 30-60 min at 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

room  temperature.  1:50  Rabbit  cleaved  GSDME  primary  antibody  (Cell  Signaling 
Technologies,  E8G4U)  was  prepared  in  1%  PBSA,  preincubated  for  1  h  at  room 
temperature, and then incubated overnight at 4°C. The next day, sections were rinsed 
with PBS for 5 min, three times. Sections were then incubated with 1% PBSA for 5 min, 
followed by incubation with 1:40 colloidal gold-labeled secondary antibody (Abcam, 
ab39601) solution  in  1% PBSA for 1 h at  room  temperature. Sections were washed 
three  times  with  double-distilled  water  for  8  min  each,  stained  with  uranyl  acetate 
(prepared in double-distilled water) for 12 min, and then washed with double-distilled 
water for 10 min. Finally, sections were stained with lead citrate for 6 min and washed 
with double-distilled water for 10 min. Residual water around the sections was carefully 
drained using filter paper, and images were taken using an electron microscope. 

 

RT-qPCR

 

Total RNA of both cell and exosomes (collected from 4×10

7

 cells) was extracted with 

Trizol (Invitrogen) using a standard protocol. The synthesis of cDNA was accomplished 
using  either  the  TransScript®  One-Step  gDNA  Removal  and  cDNA  Synthesis 
SuperMix (TransGen Biotech) for standard RNA reverse transcription, or the miRNA 
1st  Strand  cDNA  Synthesis  Kit  (Vazyme  Biotech)  for  the  reverse  transcription  of 
microRNA.  Quantitative  RT-PCR  was  run  using  1 μL  cDNA  and  SYBR  green 
chemistry  (Monad  Biotech)  using  the  supplier’s  protocol  and  a  cycling  program  of 
2 min at 95°C followed by 40 cycles of 95°C for 3 s and 60°C for 30 s on QuantStudio 
3 Real-Time PCR Systems (Applied Biosystems). The primer sequences were shown 
in supplementary table 2. Either GAPDH or U6 snRNA was served as internal controls. 
The 2

−ΔΔ

C

t

 method was  used for the calculation  of relative fold  expression of target 

genes.

 

Western blotting

 

Protein  samples  were  collected  in  PBS  at  4°C  and  lysed  using  RIPA  buffer 
supplemented  with  1  mM  phenylmethylsulfonyl  fluoride  (PMSF).  The  total  protein 
concentration  was  determined  using  the  bicinchoninic  acid  (BCA)  assay,  and  equal 
amounts  of  total  protein  were  loaded  onto  12.5%  SDS-polyacrylamide  gel 
electrophoresis (PAGE) gels from Epizyme Biotech. After electrophoresis at 100 V for 
60 min, the proteins were transferred to polyvinylidene difluoride (PVDF) membranes 
from Millipore. The membranes were blocked with 5% milk for 2 h at room temperature, 
followed by overnight incubation at 4°C with primary antibodies in the blocking buffer. 
Subsequently, the blots were washed three times with phosphate-buffered saline with 
Tween  (PBST)  and  then  incubated  with  horseradish  peroxidase  (HRP)-conjugated 
secondary antibodies for 2 h at room temperature. The protein bands were visualized 
using the Omni-ECL Femto Light Chemiluminescence Kit, and imaging was performed 
with a Chemi-Image System from Tanon.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Immunostaining

 

Mice  were  anesthetized  using  50  mg/kg  Pentobarbital  sodium  and  subsequently 
perfused transcardially with PBS following behavioural testing. The left hemisphere of 
the brain was excised and preserved in 4% paraformaldehyde at 4°C for a duration of 
48 h, prior to dehydration with 20% and 30% sucrose solutions. The brains were then 
sectioned coronally at 30 μm using a frozen section machine (Leica Camera, Inc.). The 
sections  underwent  an  overnight  incubation  with  primary  anti-mouse  antibodies. 
Fluorescent-conjugated  secondary  antibodies  were  used  to  reveal  the  staining.  The 
sections were then imaged using a confocal microscope (Zeiss LSM800).

 

For primary cell staining, 1.5×10

4

 astrocytes or 1×10

4

 neurons were cultured on poly-

D-lysine  coated  glass  slides  in  each  well  of  a  24-well  plate,  using  serum-free  base 
medium for 24 h. The slides were then fixed in 4% paraformaldehyde for 30 min at 
room temperature, followed by permeabilization with PBS containing 0.1% Triton X-
100 for another 30 min at room temperature. Subsequently, the cells were blocked with 
3% BSA (PBS) mixture for 2 h at room temperature. An overnight incubation at 4°C 
was  then  conducted  using  primary  anti-mouse  antibodies.  Fluorescein-conjugated 
secondary antibodies were applied to the slides for 1 h in light-protected conditions at 
room temperature. Washing with PB (0.1M; Na

2

HPO

: NaH

2

PO

= 1:1, mol/mol) was 

performed three times between each step. Images were captured using a fluorescence 
microscope after a 5 min incubation with DAPI at room temperature.

 

Characterization of subcellular Ca

2+

 

To  obtain  Ca

2+

  relative  concentration  of  interested  subcellular  area,  we  constructed 

lentiviral expression vectors expressing genetically encoded Ca

2+

 indicators (GECIs). 

The  plasmid  pLVX-puro_G-CEPIA1er  was  purchased  from  HonorGene  (Plasmid 
#164590). Plasmids for cytoplasm and mitochondria Ca

2+

 detection were obtained by 

replacing G-CEPIA1er with CEPIA4mt of pCMV CEPIA4mt (FENGHUISHENGWU, 
Plasmid  #58220)  and  GCaMP6s  of  pGP-CMV-GCaMP6s  (FENGHUISHENGWU, 
Plasmid #40753) respectively.

48,49

 

The functionality of these indicators was validated 

by capturing subcellular Ca

2+

 dynamics using a confocal microscope (IXplore SpinSR). 

This  allowed  for  the  characterization  of  real-time  fluorescence  intensity  changes  by 
Image J observed 10 min post the application of 50 µM ATP (NEB, Cat# P0756S) or 
PBS. To explore astrocyte subcellular Ca

2+

 dynamics induced by aMCM or MCM

the 

real-time  fluorescence  intensity  changes  were  recorded  for  8  h  after  the  stimulation 
using a

 

High-content Imaging Analysis System (ImageXpress Micro Confocal). 

 

Saturated lipid analysis

 

Lipids were extracted from astrocytic exosomes according to the modified Bligh-Dyer 
method.  Briefly,  the  same  quantity  of  exosomes  (80-100  μg)  from  indicated  groups 
added with a deuterated lipid internal standard (Stearic acid 18,18,18-D3, #61163-39-
7, Macklin Inc.) were incubated at 4°C and 1500 rpm for 1 h in a chloroform extract 
with  1%  butylated  hydroxytoluene  (BHT)  in  methanol  (1:2,  v/v).  Following  the 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

incubation, 350 µL of ice-cold Milli-Q water and 250 µL of ice-cold chloroform was 
added to induce phase separation. The mixture was then centrifuged at 16, 260

g

 for 5 

min at 4°C to transfer the lower organic phase containing lipids and oxidized sterols to 
a  new  tube.  Subsequently,  another  450  µL  of  ice-cold  chloroform  was  added  to  the 
remaining aqueous phase for a second extraction. The extracts were combined and dried 
under organic mode in a SpeedVac. The lipid extract was re-suspended in 200 µL of 
chloroform:methanol (1:1, v/v). The exosomes lipid extract was utilized for targeted 
lipidomics analysis by a high-performance liquid chromatography-mass spectrometry 
(LC-MS, Thermo Scientific™ Q Exactive Plus™).

 

Intracerebroventricular viral delivery in neonatal mice

 

Neonatal mice (postnatal days 0–3, P0–P3) were anesthetized by hypothermia on a pre-
chilled  ice  pad  for  2–3  min  until  the  loss  of  reflex  response.  The  pup’s  head  was 
disinfected  with  70%  ethanol  and  stabilized  in  a  lateral  recumbent  position  under  a 
stereotaxic apparatus (Model details, Manufacturer). The skull was rotated to align the 
target injection site (lateral ventricle: anteroposterior −0.5 mm, mediolateral ±1.0 mm 
relative  to  bregma)  upward,  and  the  coordinates  were  microscopically  verified 
(Microscope model, Manufacturer). A 34-gauge microinjection needle (Hamilton, USA) 
preloaded with 10 µL of AAV suspension (1×10¹² vg/mL) was vertically inserted into 
the lateral ventricle at a depth of 1.35 mm. Viral solution (1-2 µL) was infused at a rate 
of 0.2 µL/min using a microprocessor-controlled pump (Model details, Manufacturer). 
The  needle  was  retained  in  situ  for  2  min  post-injection  to  prevent  backflow  and 
gradually withdrawn, followed by gentle pressure application with a sterile cotton swab 
to  seal  the  puncture  site. After  allowing  5  min  for  wound  closure,  the  contralateral 
hemisphere was injected using identical parameters. Pups were transferred to a heating 
pad (37°C) for 30 min to restore normothermia, monitored for respiratory stability and 
motor activity, and returned to the dam’s nest. Postoperative survival and maternal care 
were assessed for 24 h prior to subsequent experiments.

 

AAV viral vectors were generated by PackGene Biotech (Guangzhou, China). Briefly, 

HEK293  cells  were  transiently  transfected  with  a  GOI  plasmid  (pAAV-
mir30shRNA.WPRE.SV40p), an adenovirus helper plasmid (pHelper), and an AAV RC 
plasmid (pAAV-php.eb). 72 h post-transfection, recombinant AAV were collected by 
lysing the cells to release the virus particles into the supernatant. The crude viral lysate 
was then purified via iodixanol-gradient centrifugation. Viral titers, reported in genome 
copies  per  milliliter  (gc/mL),  were  measured  using  real-time  PCR  with  Universal 
SYBR  Green  Mix  (BIO-RAD,  USA)  and  primers  designed  to  target  the  inverted 
terminal  repeat  (ITR)  sequence  of  the AAV  vector. Vectors  that  met  quality  control 
standards were aliquoted and stored at -80°C until further use.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Behavior test

 

Open field test

 

The open-field arena consisted of a white polypropylene chamber (50 × 50 × 40 cm). 
The central zone was defined as a 20 × 20 cm square area in the center of the arena, 
with the remaining area designated as the periphery. Illumination was adjusted to 60 
lux  using  a  calibrated  light  meter.  Behavioral  sessions  were  recorded  and  analyzed 
using  Noldus  Ethovision  XT  11.5  software  (Noldus  Information  Technology, 
Netherlands). Mice were transported to the behavioral testing room in covered cages 
(to minimize visual stress) and allowed to acclimate to the environment for 1 hour prior 
to testing. At the start of each trial, mice were gently grasped by the base of the tail and 
positioned head-first toward the corner of the arena, ensuring abdominal contact with 
the wall. Mice were allowed to freely explore the arena for 10 min while being video-
recorded. After the trial, mice were returned to their home cages, and individual animals 
were identified by tail markings corresponding to their assigned arena and video codes. 
The arena and surrounding surfaces were thoroughly cleaned with 70% ethanol between 
trials to eliminate residual odors. The tracking software automatically quantified two 
parameters. First, center zone exploration, defined as the percentage of time spent in 
the  central  zone  (20  ×  20  cm).  Second,  total  distance  traveled  (cm),  representing 
cumulative locomotor activity across the entire arena.

 

Y-Maze

 

The Y-maze comprised three identical opaque acrylic arms (length 50 cm × width 18 
cm  ×  height  35  cm)  arranged  at  120°  angles.  Distinct  geometric  patterns  (triangle, 
square, and circle) were affixed to each arm's distal end as visual-spatial cues. Ambient 
illumination  was  maintained  at  40  lux,  verified  using  a  calibrated  light  meter. 
Behavioral  sessions  were  recorded  and  analyzed  with  Noldus  Ethovision  XT  11.5 
software (Noldus Information Technology, Netherlands). Mice were transported to the 
behavioral room in covered cages and acclimated for 1 h. Each mouse was placed at 
the distal end of a randomly selected arm, facing away from the center, and allowed 8 
minutes of free exploration. An arm entry required all four paws to enter an arm. Three 
parameters  were  quantified:  total  arm  entries  (complete  entries  during  the  session), 
spontaneous alternation (sequential entries into three distinct arms without repetition), 
and alternation score (calculated as [number of alternations / maximum alternations] × 
100%).

 

Novel object recognition test

 

The test was conducted in the same open-field arena (50 cm × 50 cm × 40 cm) used for 
baseline behavioral assessments. Two identical objects (e.g., cylindrical batteries; 5 cm 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

height × 2 cm diameter) were placed symmetrically in the arena during training phases. 
A novel object (distinct in shape/texture but matched for size) replaced one familiar 
object in the final test phase. Behavioral data were recorded using Noldus Ethovision 
XT 11.5 software (Noldus Information Technology, Netherlands).

 

Prior  to  testing,  mice  were  transported  to  the  behavioral  testing  room  in  covered 

cages and allowed to acclimate for 1 hour. Twenty-four hours before formal testing, 
each mouse was placed in the empty arena for a 5-min habituation session to reduce 
environmental  novelty.  After  24  hours,  two  identical  objects  were  symmetrically 
positioned 15 cm from the arena walls, and mice were allowed to freely explore the 
objects for 10 min. Twelve hours later, the same two objects were reintroduced, and 
exploration behavior was recorded for 10 min to reinforce object familiarity. Six hours 
after the second training session, one familiar object was replaced with a novel object 
(position counterbalanced across subjects), and mice were tested for 10 min. Between 
trials, the arena and objects were cleaned with 70% ethanol to eliminate residual odors.

 

Object exploration was operationally defined as direct sniffing or tactile contact with 

the object, measured when the snout was within 2 cm of it. Novel object preference 
index (PI) was calculated according to two distinct metrics. Specifically, time-based PI 
represented the ratio of time spent exploring the novel object to total exploration time 
(both  objects),  expressed  as  a  percentage  [(Novel  object  exploration  time  /  Total 
exploration  time)  ×  100%].  Frequency-based  PI  reflected  the  proportion  of  contacts 
made with the novel object relative to total contacts with both objects, calculated as 
[(Number of novel object contacts / Total contacts) × 100%].

 

siRNA transfection

 

Primary  astrocytes  were  transfected  with  siRNA  using  Lipofectamine  LTX&PLUS 
Reagent  (Thermo  Fisher  Scientific,  Cat#15338100)  following  the  manufacturer’s 
protocol. Briefly, 1 hour prior to transfection, the culture medium was replaced with 
Opti-MEM  Reduced-Serum  Medium  (Gibco,  Cat#31985062)  to  minimize  serum 
interference. For each well of a 24-well plate, a transfection complex was prepared by 
combining 50 nM siRNA (targeting 

GSDME 

or

 Camk2a

; scrambled siRNA served as a 

negative control), 1 μL PLUS Reagent, and 1 μL Lipofectamine LTX Reagent in 50 μL 
Opti-MEM. The mixture was incubated at  room  temperature for 5 minutes to  allow 
complex formation and then added dropwise to the cells.

 

Lentivirus preparation and infection

 

Lentiviral  stocks  were  generated  by  co-transfecting  HEK293T  cells  with  the  target 
plasmid  (pLV-GSDME-NTD-G4S-eGFP,  pLV-EMC10-GSDME-NTD-G4S-eGFP, 
pLV-EMC10-GSDME-NTD(Δ56)-G4S-eGFP,  pLV-Emc10-eGFP,  pLKO.1-shRNA-
Scramble and pLKO.1-shRNA-Gsdme) and helper plasmids pCMV-Δ8.91, and pCMV-
VSV-G using CarpTrans (OPM, Cat#AC501302) as recommended by the manufacturer. 
After 48 h post-transfection, lentivirus supernatant was filtered through 0.45 μm filter 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

(Millipore)  and  concentrated  using  PEG8000  (Beyotime,  Cat#ST43).  The  final 
lentivirus stocks were resuspended in DMEM (OPM, Cat#P081702-001) and stored at 
-80°C.  For  transfection,  primary  mouse  astrocytes  were  incubated  with  lentivirus 
overnight and then replaced with fresh complete media. Cells were used for the assays 
at 120 h post transfection.

 

Peripheral effect of ADVs

 in vivo

 

Serum-derived ADVs were isolated from 200 μL of blood samples obtained from both 
AD patients and healthy controls. The concentrated ADVs (1 mg/mL, 100 μL per mice) 
were administered via tail vein injection to 8-week-old C57/BL6 mice. Whole blood 
samples  (30  μL)  were  collected  at  1-hour  and  2-hour  post-injection  into  200  μL  of 
EDTA  anticoagulant  buffer  (0.25  mg/mL).  Platelet  and  neutrophil  counts  were 
subsequently quantified using an automated hematology analyzer (XP-100; Sysmex, 
Kobe, Japan).

 

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Supplementary Figures

 

 

Figure  S1.  Spatiotemporal  and  Disease-Associated  Heterogeneity  of  GSDME 

Expression in Astrocytes, related to 

Figure 1.

 

(A) Protein expression overview of gasdermin (GSDM) A-F in human brain according 

to the HPA RNA-seq normal tissues.

30

 

(B) Protein expression overview of GSDMs in mouse brain according to the Mouse 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

ENCODE transcriptome data.

31

 

(C) Single-cell mRNA transcripts of GSDME in different cell subtypes of whole mouse 

brain  were  shown  according  to  the  published  single-cell  database 

(

http://bis.zju.edu.cn/MCA/

).

 

(D)  Spatial  distribution  of  GSDME  in  different  astrocyte  subtypes  was  analyzed  by 

open single-cell database.

33

 

(E) Correlation between 

GSDME

 and 

GFAP

Slc1a3

Slc1a2 

and 

Adh1l1

 is calculated 

as Spearman correlation based on the single-cell RNA-seq expression data.

33

 

(F and G) Immunoblot analysis of GSDME expression in primary astrocytes isolated 

from  cerebral  cortex  (CC)  or  hippocampus  (HC)  of  P1-3  mouse  pups  measured  by 

ImageJ based on gray scale (

n

 = 3 replicates per group).

 

(H and I) Immunoblot analysis of GSDME expression in primary astrocytes (GFAP

+

 ), 

microglia (Iba1

+

 ) and neurons (NeuN

+

 ) isolated from hippocampus DG region of P1-

3 mouse pups measured by ImageJ based on gray scale (

n

 = 3 mice per group).

 

(J and K) Representative IF images of mouse hippocampus DG region co-stained with 

GSDME, GFAP and either Iba1 or NeuN antibodies (J). Enlarged images of the boxed 

area  are  shown.  For  colocalization,  each  dot  represents  two  coronal  sections  of  one 

mouse (K). Scale bars, 40 μm.

 

(L  and  M)  Representative  immunofluorescence  (IF)  images  of  hippocampus  region 

from  three  human  donors  co-stained  with  anti-GSDME  antibody  and  anti-GFAP 

antibody.  The  yellow  arrows  indicate  GFAP

+

GSDME

+

  cells,  while  the  blue  arrows 

indicate  GFAP

-

GSDME

+

  cells.  Scale  bars,  100  μm.  Percentage  of  GSDME-positive 

cells within GFAP

+

 or GFAP

-

 cell populations were quantified using Image J software.

 

(N-R) Comparison of GSDME mRNA levels between non-reactive (NR) and reactive 

(R) astrocytes in snRNA-seq datasets of (N), AD (AD1

34

n

NR

 = 165, 

n

R

 = 51; AD2

35

n

NR 

= 177, 

n

R

 = 82; AD3

36

n

NR 

= 103, 

n

R

 = 61; AD4

38

n

NR 

= 367, 

n

R

 = 128) (D), PD

40 

(

n

NR 

= 367, 

n

R

 = 31) (E), HD

39

 (

n

NR 

= 367, 

n

R

 = 17) (F), ALS

39

 (

n

NR 

= 106, 

n

R

 = 19) (G), 

FTLD

39

 

(

n

NR 

=  82, 

n

R

  =  253).  Significance  levels  are  determined  using  a  two-sided 

Wilcoxon signed-rank test. All values are represented as mean ± SEM, ***

p

 < 0.001.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure S2. AMCM induces the neurotoxic phenotype and GSDME activation in 

primary astrocytes, related to

 

Figure 2

 

(A) The mRNA expression of neurotoxic, neuroprotective and neurotrophic factors in 

astrocytes treated with MCM or AMCM (

= 3 replicates per group). 

 

(B) IF analysis of the induction of astrocytic reactivity by co-staining with C3 (Anti-

C3, green) and GFAP (Anti-GFAP, red) at 24, 48, 72, 96 hps. Scale bars, 100 μm.

 

(C) Quantification of the activation of caspase-3, GSDME in primary astrocytes as well 

as the secretion of C3 in the medium at 24, 48, 72, 96 hps.

 

(D  and  E)  Quantification  of  primary  astrocytic  cell  death  by  PI  (Prodium  Iodide) 

staining (D) or LDH (lactate dehydrogenase) release assay (E) at 24, 48, 72, 96 hps.

 

(F)  Overexpression  of  EGFP-tagged  GSDME  (EGFP-GSDME-FL)  or  EGFP  tagged 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

GSDME-NT  (EGFP-GSDME-NT)  in  HEK293T  cells,  and  the  cell  death  was 

determined by LDH release assay. The  expression levels  of EGFP-GSDME-FL, NT 

were further confirmed by immunoblotting using antibodies for either GSDME-FL or 

GSDME-NT special.

 

(G and H) IF analysis of HEK293T cells in (F) with antibodies for either GSDME-NT 

special (G) or GSDME-FL (H) to validate the specificity of the antibody for GSDME 

NT. Scale bars, 10 μm. 

 

Statistical  significance  determined  using  a  two-tailed  Student’  s 

test  (D-E, 

n

  =  3 

replicates). All values are represented as mean 

±

 SEM, *

< 0.05; **

p

 < 0.01; ***

p

 

<0.001; ****

p

 < 0.0001.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure S3. Detection of Ca

2+

 dynamics, related to 

Figure 3

 

(A-C) Quantifying of relative fluorescence intensity in HEK293T cells treated with 100 

mM ATP or PBS within 10 min using the genetically encoded GCaMP6s for the cytosol 

(A), CEPIA1-ER for the ER (B), or CEPIA4-Mito for the mitochondria (C), to verify 

the response of these

 

indicators. A representative curve is plotted based on data obtained 

from at least three independent experiments. 

 

(D)

 

The location of CEPIA4-Mito was confirmed by IF staining with DAPI (blue).

 

(E) The  location  of  and  CEPIA1-ER  was  confirmed  by  IF  staining  with  ER-tracker 

(Red).

 

Enlarged images of the boxed area are shown. Scale bars, 5 μm.

 

(F)  Quantification  of  primary  astrocytic  cell  death  by  LDH  (lactate  dehydrogenase) 

release assay.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure  S4. Temporal  dynamics  of  GSDME  cleavage  and  signaling  pathways  in 

PBS-treated 

astrocytes 

related 

to 

Figure 

4

 

(A) Time-dependent immunoblot analysis of GSDME full-length (GSDME-FL) and its 

N-terminal cleavage fragment (GSDME-NT), neurotoxic markers (C3, LCN2), and the 

neurotrophic  factor  GPC4  in  astrocytes  transfected  with  non-targeting  scrambled 

siRNA 

(siNC) 

following 

the 

administration 

of 

PBS.

 

(B) Phosphorylation kinetics of CaMKIIα, p65 , and NRF2 in (A). 

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure S5. Uptake of astrocytic exosomes by neurons, related to

 

Figure 5

 

(A) SEM images of wild type (WT) or reactive exosomes purified from WT-ACM or 

WT-aACM astrocytes, respectively. Scar bars, 100 nm. 

 

(B-D)  Quantifying  of  the  particle  size  of  either  WT  or  reactive  exosomes  by 

nanoparticle tracking analysis (B). The mean grain size (C) and number of exosome 

particles (D) were calculated (

n

= 3 replicates per group). 

 

(E) Quantification of the neuronal  cell survival  rate of mouse cortical neurons 24

after the treatment with differently concentrated exosomes purified from equal volume 

of ACM or aACM, respectively. 1 

×

 means that the isolated exomes was resuspended 

with  equal  volume  of  neuronal  culture  medium  compared  to  that  of  ACM  (

n

=  6 

replicates per group).

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

(F  and  G)  Representative  images  of  primary  cortical  neurons  phagocyting  PKM-

labelled exosomes isolated from ACM of WT-ACM, GSDME KO-ACM, WT-aACM 

and GSDME KO-aACM astrocytes. Scale bars,  20 μm. The ratio of exosome (Exo) 

uptake by neurons was calculated by Image J (

n

= 5 replicates per group).

 

(H)  Heatmap  depicting  relative  expression  of  astrocyte  state  genes  in  ADEs  by  

transcriptional sequencing (

n

 = 3 replicates per group).

 

Statistical  significance  determined  using  a  two-tailed  Student’s

  t 

test. All  values  are 

represented as mean ± SEM, *

< 0.05; **

< 0.01; ***

p

 < 0.001; ****

p

 < 0.0001.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

 

Figure  S6.  Isolation  and  identification  of  serum-derived  astrocytic  exosomes, 

related to

 Figure 7 and Figure 8

 

(A)  Characterization  of  serum  astrocyte-derived  exosomes  (ADEs)  from  healthy 

individuals and AD patients by TEM. scale bar, 100 nm. 

 

(B) NTA of ADEs isolated from human serum, showing size distribution and particle 

concentration. 

 

(C)  Western  blot  analysis  of  protein  markers  in  human  serum ADEs.  Compared  to 

whole  serum, ADEs  exhibit  robust  expression  of  extracellular  vesicle  (EV)-specific 

markers  (Alix,  CD81,  CD63)  and  the  astrocytic  marker  GFAP,  while  lacking  the 

endoplasmic reticulum marker calreticulin.

 

 (D-F)  Representative  flow  cytometric  analysis  of  ADEs.  Purity  validation  using 

phycoerythrin (PE)-conjugated anti-astrocyte surface antigen-2 (ACSA-2) antibodies. 

ACSA-2-positive EVs account for ~70% of ADEs, compared to ~12% in total serum 

exosomes, confirming enrichment of astrocyte-specific ADEs.

 

Statistical significance determined using a two-tailed Student’s 

test.

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Table S1. The characteristics of human donors, related to 

Figure 1

 

 

AD

 

Non-AD

 

PD

 

Non-PD

 

ALS

 

Non-ALS

 

Number (

n

)

 

3

 

3

 

1

 

1

 

1

 

1

 

Age (years)

 

90.67 

±

 3.61

 

77.67 ± 2.11

 

67

 

64

 

54

 

47

 

Brain region

 

Hippocampus

 

Hippocampus

 

Temporal 

lobes

 

Temporal 

lobes

 

B4

 

B4

 

Sex 

(male/female)

 

1/2

 

2/1

 

1/0

 

1/0

 

1/0

 

1/0

 

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Table S2. Primers used in this study

 

Oligonucleotides

 

SOURCE

 

IDENTIFIER

 

U6 snRNA

 

Forward:

 

ACGTTGGTGGATACGTGCAT

 

Reverse: CTCTTCCCACTTCTCGGCAG

 

This paper

 

N/A

 

hsa-miR-9-3p

 

Forward: TTTTGGTTATCTAGCTTATGA

 

Reverse: AGTGCAGGGTCCGAGGTATT

 

This paper

 

N/A

 

hsa-miR-200a-3p

 

Forward: TAACACTGTCTGGTAACGATGT

 

Reverse: AGTGCAGGGTCCGAGGTATT

 

This paper

 

N/A

 

hsa-miR-155-5p

 

Forward: TTAATGCTAATTGTGATAGGGGT

 

Reverse: AGTGCAGGGTCCGAGGTATT

 

This paper

 

N/A

 

hsa-miR-146a-5p

 

Forward: TGAGAACTGAATTCCATGGGTT

 

Reverse: AGTGCAGGGTCCGAGGTATT

 

This paper

 

N/A

 

hsa-miR-141-3p

 

Forward: TAACACTGTCTGGTAAAGATGG

 

Reverse: AGTGCAGGGTCCGAGGTATT

 

This paper

 

N/A

 

GSDME

 

Forward: ACGGACACCAATGTAGTGCTGG

 

Reverse: CTCTCATGCTCGAAGCCACCAT

 

This paper

 

N/A

 

Il-1α

 

Forward: CGCTTGAGTCGGCAAAGAAATC 

 

Reverse: GAGAGAGATGGTCAATGGCAGAAC

 

This paper

 

N/A

 

tnf-α

 

Forward: TTCCCAAATGGCCTCCCTCTCATC

 

Reverse: TCCTCCACTTGGTGGTTTGCTAC 

 

This paper

 

N/A

 

c1q

α

 

Forward: CCATATCGCGGCCTCTATGG

 

Reverse: GTCTTCCTGCCTCCCCTTTC

 

This paper

 

N/A

 

c1q

β

 

Forward: GGCCACCGACAAGAACTCACTAC

 

Reverse:

 

CCATATCTGGAAAGAGCAGGAACC

 

This paper

 

N/A

 

Gbp2

 

Forward: GGGGTCACTGTCTGACCACT 

 

Reverse: GGGAAACCTGGGATGAGATT 

 

This paper

 

N/A

 

Ggta1

 

Forward: GTGAACAGCATGAGGGGTTT

 

Reverse: GTTTTGTTGCCTCTGGGTGT 

 

This paper

 

N/A

 

Ligp1

 

Forward: GGGGCAATAGCTCATTGGTA

 

Reverse: ACCTCGAAGACATCCCCTTT

 

This paper

 

N/A

 

H2-D1

 

Forward: TCCGAGATTGTAAAGCGTGAAGA

 

Reverse: ACAGGGCAGTGCAGGGATAG 

 

This paper

 

N/A

 

H2-T23

 

Forward: GGACCGCGAATGACATAGC

 

Reverse: GCACCTCAGGGTGACTTCAT

 

This paper

 

N/A

 

Srgn

 

Forward: GCAAGGTTATCCTGCTCGGA 

 

Reverse: TGGGAGGGCCGATGTTATTG

 

This paper

 

N/A

 

Psmb8

 

Forward: CAGTCCTGAAGAGGCCTACG

 

Reverse: CACTTTCACCCAACCGTCTT 

 

This paper

 

N/A

 

Amigo2

 

Forward: GAGGCGACCATAATGTCGTT 

 

Reverse: GCATCCAACAGTCCGATTCT 

 

This paper

 

N/A

 

Ugt1a

 

Forward: CCTATGGGTCACTTGCCACT 

 

Reverse: AAAACCATGTTGGGCATGAT 

 

This paper

 

N/A

 

Serping1

 

Forward: ACAGCCCCCTCTGAATTCTT 

 

This paper

 

N/A

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Reverse: GGATGCTCTCCAAGTTGCTC 

 

Fkbp5

 

Forward: TATGCTTATGGCTCGGCTGG

 

Reverse: CAGCCTTCCAGGTGGACTTT

 

This paper

 

N/A

 

Fbln5

 

Forward: TATGCTTATGGCTCGGCTGG

 

Reverse: CAGCCTTCCAGGTGGACTTT 

 

This paper

 

N/A

 

Gfap

 

Forward: AGAAAGGTTGAATCGCTGGA

 

Reverse: CGGCGATAGTCGTTAGCTTC

 

This paper

 

N/A

 

Cp

 

Forward: TGTGATGGGAATGGGCAATGA

 

Reverse: AGTGTATAGAGGATGTTCCAGGTCA 

 

This paper

 

N/A

 

S1pr3

 

Forward: AAGCCTAGCGGGAGAGAAAC

 

Reverse: TCAGGGAACAATTGGGAGAG 

 

This paper

 

N/A

 

Cd44

 

Forward: ACCTTGGCCACCACTCCTAA

 

Reverse: GCAGTAGGCTGAAGGGTTGT

 

This paper

 

N/A

 

Lcn2

 

Forward: CCAGTTCGCCATGGTATTTT 

 

Reverse: CACACTCACCACCCATTCAG 

 

This paper

 

N/A

 

Timp1

 

Forward: AGTGATTTCCCCGCCAACTC 

 

Reverse: GGGGCCATCATGGTATCTGC 

 

This paper

 

N/A

 

Vim

 

Forward: AGACCAGAGATGGACAGGTGA

 

Reverse: TTGCGCTCCTGAAAAACTGC 

 

This paper

 

N/A

 

Aspg

 

Forward: GCTGCTGGCCATTTACACTG

 

Reverse: GTGGGCCTGTGCATACTCTT

 

 This paper

 

N/A

 

Serpina3n

 

Forward: CCTGGAGGATGTCCTTTCAA

 

Reverse: TTATCAGGAAAGGCCGATTG 

 

This paper

 

N/A

 

Hspb1

 

Forward: GACATGAGCAGTCGGATTGA 

 

Reverse: GGATGGGGTGTAGGGGTACT

 

This paper

 

N/A

 

Steap4

 

Forward: CCCGAATCGTGTCTTTCCTA

 

Reverse: GGCCTGAGTAATGGTTGCAT 

 

This paper

 

N/A

 

Osmr

 

Forward: GTGAAGGACCCAAAGCATGT

 

Reverse: GCCTAATACCTGGTGCGTGT

 

This paper

 

N/A

 

Cd14

 

Forward: GGACTGATCTCAGCCCTCTG

 

Reverse: GCTTCAGCCCAGTGAAAGAC 

 

This paper

 

N/A

 

Cd109

 

Forward: CACAGTCGGGAGCCCTAAAG 

 

Reverse: GCAGCGATTTCGATGTCCAC 

 

This paper

 

N/A

 

Clcf1

 

Forward: CTTCAATCCTCCTCGACTGG

 

Reverse: TACGTCGGAGTTCAGCTGTG 

 

This paper

 

N/A

 

Ptgs2

 

Forward: GCTGTACAAGCAGTGGCAAA

 

Reverse: CCCCAAAGATAGCATCTGGA 

 

This paper

 

N/A

 

Sphk1

 

Forward: GATGCATGAGGTGGTGAATG 

 

Reverse: TGCTCGTACCCAGCATAGTG 

 

This paper

 

N/A

 

Tm4sf1

 

Forward: GCCCAAGCATATTGTGGAGT 

 

Reverse: AGGGTAGGATGTGGCACAAG 

 

This paper

 

N/A

 

Tgm1

 

Forward: CTGTTGGTCCCGTCCCAAA

 

Reverse: GGACCTTCCATTGTGCCTGG

 

This paper

 

N/A

 

Mertk

 

Forward: ACGTTGGTGGATACGTGCAT 

 

This paper

 

N/A

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Reverse: CTCTTCCCACTTCTCGGCAG

 

Megf10

 

Forward: AGCGCCTATGATGGGGAATG 

 

Reverse: ATAGCCGTATGTTCCCGCAG

 

This paper

 

N/A

 

Gas6

 

Forward: ATGAAGATCGCGGTAGCTGG 

 

Reverse: CCAACTCCTCATGCACCCAT

 

This paper

 

N/A

 

Axl

 

Forward: TTCAACTGTGCTACGTCCCC

 

Reverse: GGGTCCCTCTAGGTAAGCCA

 

This paper

 

N/A

 

Gpc4

 

Forward: CTGCTTTCCATCGGGTCTCA 

 

Reverse: CGCACTTCCGAGCAACTTTT

 

This paper

 

N/A

 

Gpc6

 

Forward: GAGGACTGTGTGGAGGACCAT

 

Reverse: GTTCCTGCTGTCACACGTTC 

 

This paper

 

N/A

 

Sparc

 

Forward: ACCTGGACTACATCGGACCA

 

Reverse: GTGGGACAGGTACCCATCAA

 

This paper

 

N/A

 

Thbs1

 

Forward: TGACAATTTTCAGGGGGTGCT

 

Reverse: ACCACGTTGTTGTCAAGGGT

 

This paper

 

N/A

 

Sparcl1

 

Forward: GCAGACAACCAAGAGGCCAA 

 

Reverse: GGTTTCCCTTGTGGATCGGT 

 

This paper

 

N/A

 

Thbs1

 

Forward: CAATTTTCAGGGGGTGCTGC

 

Reverse: CCGTTCACCACGTTGTTGTC

 

This paper

 

N/A

 

Crel

 

Forward: ACCAGAACGCAGACCTTTGT

 

Reverse: AGTATTTGGGGCACGGTTGT

 

This paper

 

N/A

 

Ikb

 

Forward: ACCTCAATAAACCGGAGCCT

 

Reverse: ATCGTCCTCGTCCTCAGGTT

 

This paper

 

N/A

 

Ikk

 

Forward: CCCAAAGAACAGAGACCGCT

 

Reverse: TCTAAGAGCCGATGCGATGTC 

 

This paper

 

N/A

 

p50

 

Forward: CCTGGACGACTCTTGGGAGA 

 

Reverse: TCCCGGAGTTCATCTCATAGT 

 

This paper

 

N/A

 

p65

 

Forward: CACACCCCACCATCAAGATCA 

 

Reverse: CTCTATAGGAACTATGGATACTGCG 

 

This paper

 

N/A

 

IL-6

 

Forward: CCACTTCACAAGTCGGAGGCTTA

 

Reverse: TGCAAGTGCATCATCGTTGTTC

 

This paper

 

N/A

 

C3

 

Forward: AGCTTCAGGGTCCCAGCTAC 

 

Reverse: CTGGAATCTTGATGGAGACGC

 

This paper

 

N/A

 

NOS2

 

Forward: GGAGCATCCCAAGTACGAGT 

 

Reverse: ATTGATCTCCGTGACAGCCC 

 

This paper

 

N/A

 

Calm3 

 

Forward: GACAAGGATGGAGATGGCACCA

 

Reverse: GAACTCTGGGAAGTCAATGGTCC

 

This paper

 

N/A

 

il-1β

 

Forward: TGTGTAATGAAAGACGGCACACC

 

Reverse: GTATTGCTTGGGATCCACACTCTC

 

This paper

 

N/A

 

HMGB1

 

Forward: ACTGACTGAGCTCATCACGT

 

Reverse: ACATCTCGATGATCGACGGA

 

This paper

 

N/A

 

Elovl1

 

Forward: CCTCGAATCATGGCTAATCG

 

Reverse: CGAACCATCCGAAGTGCTTC

 

This paper

 

N/A

 

ApoE

 

Forward: 

GAACCGCTTCTGGGATTACCTG 

This paper

 

N/A

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint 

2025.08.28.672784v1.full-html.html
background image

Reverse: 

GCCTTTACTTCCGTCATAGTGTC

 

ApoJ

 

Forward: 

GATGATCCACCAGGCTCAACAG 

Reverse: 

ACACAGTGCGGTCATCTTCACC

 

This paper

 

N/A

 

ifn-γ

 

Forward: GAGGAACTGGCAAAAGGATG

 

Reverse: TGAGCTCATTGAATGCTTGG

 

This paper

 

N/A

 

il-4

 

Forward: ATCATCGGCATTTTGAACGAGG

 

Reverse: TGCAGCTCCATGAGAACACTA

 

This paper

 

N/A

 

il-7

 

Forward: TCTAATGGTCAGCATCGATCA

 

Reverse: GTGGAGATCAAAATCACCAG

 

This paper

 

N/A

 

il-8

 

Forward: CGGCAATGAAGCTTCTGTAT

 

Reverse: CCTTGAAACTCTTTGCCTCA

 

This paper

 

N/A

 

il-9

 

Forward: AATGCCACACAGAAATCAAGAC

 

Reverse: ACACGTGATGTTCTTTAGGACT

 

This paper

 

N/A

 

il-10

 

Forward: CTAACGGAAACAACTCCTTG

 

Reverse: GAAAGGACACCATAGCAAAG

 

This paper

 

N/A

 

il-15

 

Forward: ATCGCCATAGCCAGCTC

 

Reverse: ATGAATGCCAGCCTCAGT

 

This paper

 

N/A

 

g-csf

 

Forward: AGCCCAGATCACCCAGAATC

 

Reverse: TCTTCCTCACTTGCTCCAGG

 

This paper

 

N/A

 

App

 

Forward: 

AGAAGGACAGACAGCACACC

 

Reverse: 

TCATAACCTGGGACCGGATCT

 

This paper

 

N/A

 

Tau

 

Forward: GAACCACCAAAATCCGGAGA

  

Reverse: CTCTTACTAGCTGATGGTGAC

 

This paper

 

N/A

 

GAPDH

 

Forward: CATCACTGCCACCCAGAAGACTG

 

Reverse: ATGCCAGTGAGCTTCCCGTTCAG

 

This paper

 

N/A

 

 

preprint (which was not certified by peer review) is the author/funder. All rights reserved. No reuse allowed without permission. 

The copyright holder for this

this version posted September 2, 2025. 

https://doi.org/10.1101/2025.08.28.672784

doi: 

bioRxiv preprint