Summary A growing list of Alzheimer’s disease (AD) genetic risk factors is being identified, but the contribution of these genetic mutations to disease remains largely unknown. Accumulating data support a role of lipid dysregulation and excessive ROS in the etiology of AD. Here, we identified cell-specific roles for eight AD risk-associated genes in ROS-induced glial lipid droplet (LD) formation. We demonstrate that ROS-induced glial LD formation requires two ABCA transporters ( ABCA1 and ABCA7 ) in neurons, the APOE receptor ( LRP1 ), endocytic genes ( PICALM , CD2AP , and AP2A2 ) in glia, and retromer genes ( VPS26 and VPS35 ) in both neurons and glia. Moreover, ROS strongly enhances Aβ42-toxicity in flies and Aβ42-plaque formation in mice. Finally, an ABCA1-activating peptide restores glial LD formation in the APOE4-associated loss of LD. This study places AD risk factors in a neuron-to-glia lipid transfer pathway with a critical role in protecting neurons from ROS-induced toxicity.

Summary Precise regulation of signal transduction is critical throughout organismal life, both for embryonic development and for adult homeostasis. To ensure proper spatio-temporal signal transduction, Bone Morphogenetic Protein (BMP) signaling pathways, like all other signaling pathways, are regulated by both agonists and antagonists. Here, we report identification of a previously unrecognized method of signal antagonism for Dpp (Decapentaplegic), a Drosophila BMP family member. We demonstrate that the BMP type I receptor Saxophone (Sax) functions as a Dpp receptor in the Drosophila embryonic epidermis, but that its activity is normally inhibited by the O-linked glycosyltransferase Super sex combs (Sxc). In wild-type embryos, inhibition of Saxophone (Sax) activity in the epidermis marks the BMP type I receptor Thickveins (Tkv) as the sole conduit for Dpp. In contrast, in sxc mutants, the Dpp signal is transduced by both Tkv and Sax, and elevated Dpp signaling induces errors in embryonic development that lead to embryonic death. We also demonstrate that Sax is the O-glycosylated target of Sxc and that O-glycosylation of Sax can be modulated by dietary sugar. Together, these findings link fertility to nutritive environment and point to Sax (activin receptor-like kinase 2 [ACVR1 or ALK2]) signaling as the nutrient-sensitive branch of BMP signaling. Graphical Abstract

ABSTRACT During oxidative stress neurons release lipids that are internalized by glia. Defects in this coordinated process play an important role in several neurodegenerative diseases. Yet, the mechanisms of lipid release and its consequences on neuronal health are unclear. Here, we demonstrate that lipid-protein particle release by autolysosome exocytosis protects neurons from ferroptosis, a form of cell death driven by lipid peroxidation. We show that during oxidative stress, peroxidated lipids and iron are released from neurons by autolysosomal exocytosis which requires the exocytic machinery; VAMP7 and syntaxin 4. We observe membrane-bound lipid-protein particles by TEM and demonstrate that these particles are released from neurons using cryoEM. Failure to release these lipid-protein particles causes lipid hydroperoxide and iron accumulation and sensitizes neurons to ferroptosis. Our results reveal how neurons protect themselves from peroxidated lipids. Given the number of brain pathologies that involve ferroptosis, defects in this pathway likely play a key role in the pathophysiology of neurodegenerative disease. SUMMARY Release of lipid-protein particles by autolysosomal exocytosis protects neurons from ferroptosis.