background image

Journal Pre-proof

Atg45 is an autophagy receptor for glycogen, a non-preferred cargo of bulk autophagy

in yeast

Takahiro Isoda, Eigo Takeda, Sachiko Hosokawa, Shukun Hotta-Ren, Yoshinori

Ohsumi

PII:

S2589-0042(24)01032-0

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109810

Reference:

ISCI 109810

To appear in:

ISCIENCE

Received Date: 31 May 2023
Revised Date: 3 July 2023
Accepted Date: 22 April 2024

Please cite this article as: Isoda, T., Takeda, E., Hosokawa, S., Hotta-Ren, S., Ohsumi, Y., Atg45 is an

autophagy receptor for glycogen, a non-preferred cargo of bulk autophagy in yeast, 

ISCIENCE

 (2024),

doi: 

https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109810

.

This is a PDF file of an article that has undergone enhancements after acceptance, such as the addition

of a cover page and metadata, and formatting for readability, but it is not yet the definitive version of

record. This version will undergo additional copyediting, typesetting and review before it is published

in its final form, but we are providing this version to give early visibility of the article. Please note that,

during the production process, errors may be discovered which could affect the content, and all legal

disclaimers that apply to the journal pertain.

© 2024 Published by Elsevier Inc.

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Autophagosome

Atg45-suppressed condition 

Autophagosome

Vacuole

Glycogen

: Atg45

Atg45-increased condition 

Glycogen

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

    

Atg45 is an autophagy receptor for glycogen, a non-preferred cargo of bulk autophagy in yeast 

 

Takahiro  Isoda

1,2,3

,  Eigo  Takeda

1

,  Sachiko  Hosokawa

1

,  Shukun  Hotta-Ren

1

,  Yoshinori 

Ohsumi

1,4*

 

 

1

  Cell  Biology  Center,  Institute  of  Innovative  Research,  Tokyo  Institute  of  Technology, 

Yokohama, 226-8503, Japan. 

2

  School  and  Graduate  School  of  Bioscience  and  Biotechnology,  Tokyo  Institute  of 

Technology, Yokohama, 226-8503, Japan. 

10 

3

 Frontier Research Center, POLA Chemical Industries, Inc., Yokohama, 244-0812, Japan. 

11 

4

 Lead contact 

12 

* Correspondence: Yoshinori Ohsumi, yohsumi@iri.titech.ac.jp. 

13 

 

14 

Summary 

15 

The mechanisms governing autophagy of proteins and organelles have been well studied, but 

16 

how other cytoplasmic components such as RNA and polysaccharides are degraded remains 

17 

largely unknown. In this study, we examine autophagy of glycogen, a storage form of glucose. 

18 

We find that cells accumulate glycogen in the cytoplasm during nitrogen starvation, and that 

19 

this carbohydrate is rarely observed within autophagosomes and autophagic bodies. However, 

20 

sequestration of glycogen by autophagy is observed following prolonged nitrogen starvation. 

21 

We identify a yet-uncharacterized open reading frame, Yil024c (herein Atg45), as encoding 

22 

a cytosolic receptor protein that mediates autophagy of glycogen (glycophagy). Furthermore, 

23 

we show that during sporulation, Atg45 is highly expressed, and is associated with an increase 

24 

in glycophagy. Our results suggest that cells regulate glycophagic activity by controlling the 

25 

expression level of Atg45. 

26 

 

27 

Introduction 

28 

The vacuole (lysosome in mammals) is an organelle responsible for degradation of cellular 

29 

components,  as  well  as  the  storage  of  ions  and  molecules  such  as  amino  acids. 

30 

Macroautophagy  (hereafter  autophagy)  is  a  major  degradation  system  that  delivers 

31 

cytoplasmic  constituents  to  the  vacuole.  In  autophagy,  various  cargoes  are  engulfed  by  an 

32 

expanding membrane sac called the isolation membrane, which eventually becomes a double-

33 

membrane  vesicle  called  an  autophagosome.  The  outer  membrane  of  the  autophagosome 

34 

fuses with the vacuole, which results in the release of the inner membrane-bound structure, 

35 

the  autophagic  body,  into  the  vacuolar  lumen,  allowing  degradation  by  the  vacuolar  lipase 

36 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Atg15  and  a  range  of  proteases

1

6

.  Degradation  products  arising  from  autophagy,  such  as 

37 

amino acids, are subsequently transported back to the cytoplasm for reuse

7

9

38 

Autophagosomes are generally thought to sequester cytoplasmic components in a random 

39 

manner (termed bulk autophagy). In some cases, autophagosomes selectively enclose specific 

40 

cargoes  such  as  protein  aggregates  or  organelles  in  a  regulated  process  called  selective 

41 

autophagy

10

. In selective autophagy, a specific cargo is engulfed by isolation membranes via 

42 

cargo specific receptors

10

. Receptors generally bind to Atg8-family proteins on the isolation 

43 

membrane,  and  the  scaffold  protein  Atg11  (in  yeast)  or  FIP200  (in  mammals)

11

13

.  These 

44 

scaffold  proteins  recruit  autophagic  machinery  proteins,  allowing  the  formation  of 

45 

autophagosomal membranes that surround the cargo

11

14

46 

Although much is known about autophagy of proteins and organelles, the mechanisms of 

47 

autophagy for other cellular components such as RNAs and polysaccharides are still largely 

48 

unclear. Glycogen, which is a highly branched polysaccharide, is reported to be delivered to 

49 

lysosomes by autophagy (glycophagy) in mammalian and insect cells

15

17

. When the lysosomal 

50 

acid 

-glucosidase,  which  hydrolyzes  glycogen  to  glucose,  is  defective  in  mammalian  cells, 

51 

glycogen accumulates in the lysosome, causing Pompe disease

18

. Thus, control of the delivery 

52 

of  glycogen  to  the  lysosome  is  physiologically  important.  Although  the  mechanism  of 

53 

glycophagy is not fully understood, a putative trans-membrane protein Stbd1 is reported to 

54 

be a glycophagy receptor in mammals

15,16

. This protein contains a glycogen binding domain 

55 

called  CBM20,  as  well  as  an  Atg8  family-interacting  motif  (AIM,  also  called  the  LC3-

56 

interacting region (LIR))

15,16

57 

In the budding yeast 

Saccharomyces cerevisiae

, which is an excellent model organism for 

58 

studies  of  autophagy,  glycogen  is  synthesized  in  the  cytosol  by  glycogenins  (Glg1,  Glg2), 

59 

glycogen  synthases  (Gsy1,  Gsy2),  and  glycogen  branching  enzyme  (Glc3)  in  a  concerted 

60 

manner

19

.  Synthesis  is  induced  under  stress  conditions,  such  as  nitrogen  starvation

20

61 

Accumulated  glycogen  is  subsequently  broken  down  into  glucose-1-phosphate  via 

62 

glycogenolysis  by  glycogen  phosphorylases  (Gph1)  and  glycogen  debranching  enzyme 

63 

(Gdb1)  in  the  cytosol  according  to  cellular  needs

19

.  Glycogen  is  also  degraded  by  the 

64 

glucoamylase  Sga1  which  localizes  in  the  vacuole  or  to  prospore  membranes  during 

65 

sporulation

21,22

.  It  has  been  suggested  that  autophagy  may  be  involved  in  the  delivery  of 

66 

glycogen to vacuoles

23,24

, but the molecular details of this process remain uncharacterized

23

25

.     

67 

We  recently  conducted  a  comprehensive  proteomic  analysis  of  autophagic  bodies  and 

68 

reported that glycogen metabolism-related enzymes are excluded from autophagic bodies

26

.  

69 

In this study, we find that glycogen is a non-preferred cargo of bulk autophagy. We further 

70 

determine that glycogen metabolism-related enzymes escape from autophagy, most likely due 

71 

to their binding to glycogen. However, we find that glycogen becomes a target of autophagy 

72 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

during prolonged nitrogen starvation, and identify Atg45 as the receptor that regulates this 

73 

glycophagy  process.  Finally,  we  uncover  that  glycophagy  is  strongly  induced  in  an  Atg45-

74 

dependent manner during sporulation, with this induction required for intracellular glycogen 

75 

storage. Thus, glycogen is a non-preferred cargo of bulk-autophagy and the degradation is 

76 

positively regulated by the receptor-dependent process. 

77 

 

78 

 

 

79 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Results 

80 

Glycogen and glycogen metabolism-related enzymes are non-preferred cargoes of conventional 

81 

nitrogen starvation-induced autophagy 

82 

In  our  comprehensive  proteomic  analysis  of  autophagic  bodies,  we  found  that  some 

83 

glycogen metabolism-related enzymes (e.g. Gsy2, Glc3, Gph1) are non-preferred cargoes of 

84 

bulk  autophagy  (Takeda  et  al.*accepted  in  EMBO  J).  To  validate  this  result,  we  assessed 

85 

autophagic  degradation  of  Gsy2,  Glc3,  and  Gph1  by  the  GFP-cleavage  assay,  whereby  a 

86 

protein of interest is expressed in fusion with GFP. Upon delivery to the vacuole, vacuolar 

87 

protease-resistant  GFP  moieties  (free  GFP)  are  generated  and  can  be  detected  using 

88 

antibodies,  allowing  the  assessment  of  the  degree  of  autophagic  degradation  of  the  GFP-

89 

tagged protein by measuring the amounts of free GFP and intact GFP-tagged proteins. We 

90 

constructed GFP-tagged Gsy2, Glc3, and Gph1, as well as Pgk1 and Trp4 (cytosolic proteins), 

91 

expressing  each  of  these  from  their  native  promoter  in  WT  cells.  Consistent  with  our 

92 

comprehensive proteomic analyses, western blotting with anti-GFP antibodies revealed that 

93 

Gsy2, Glc3, and Gph1 were only marginally degraded up to 8 h of nitrogen starvation (Figure 

94 

1A). Previous works have suggested that some glycogen metabolism-related enzymes bind to 

95 

glycogen

 27

33

 (Figure 1B).  For example, glycogen synthetase tightly binds to glycogen, which 

96 

is observed as co-localization by microscopy

27,28,33

. Upon nitrogen starvation, we observed the 

97 

synthesis  and  accumulation  of  glycogen  in  the  cytoplasm  of  wild-type  (WT)  cells,  as 

98 

previously reported

34

; this was completely absent in 

glg1

glg2

 

cells (Figure S1A). Thus, we 

99 

assumed that glycogen metabolism-related enzymes would escape from autophagy by binding 

100 

to  glycogen.  We  investigated  the  localization  of  the  glycogen  synthetase  Gsy2  using 

101 

fluorescence microscopy to observe cells subjected to nitrogen starvation. 2 h after shifting to 

102 

nitrogen  starvation  medium  (SD-N  medium),  Pgk1  in  the  cytoplasm  was  uniformly 

103 

distributed,  whereas  Gsy2  was  unevenly  distributed  (Figure  S1B).  In  addition,  Gsy2  co-

104 

localized with other glycogen metabolism-related proteins such as Glc3 and Gph1, but not 

105 

with membrane-bound organelles such as the ER (Sec63), nucleus (Ndc1) or mitochondria 

106 

(Om45)  (Figures  S1C  and  S1D).  In  addition,  in 

glg1

glg2

  cells,  Gsy2  showed  a 

107 

cytoplasmically diffused pattern under nitrogen starvation (Figure S1E). These observations 

108 

suggest that glycogen metabolism-related

 

enzymes bind to glycogen granules. Furthermore, 

109 

the majority of Gsy2 was recovered in the pellet fraction after centrifugation of cellular lysates 

110 

at 100,000 

g

 in the presence of endogenous glycogen (WT cell lysate) or exogenously added 

111 

glycogen  (

glg1

glg2

 

cells  lysate  with  added  glycogen)  (Figure  1C,  see  also  Figure  5A), 

112 

confirming that Gsy2 binds glycogen in this condition.  

113 

Next,  we  assessed  autophagic  degradation  of  glycogen  metabolism-related  enzymes  in

 

114 

glg1

glg2

 cells and found that autophagic degradation of Gsy2, Glc3, and Gph1 was largely 

115 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

enhanced,  while  Pgk1  and  Trp4  remained  constant  (Figure  1D).  As  expected,  a  similar 

116 

increase was observed in an alternative glycogen-deficient strain, 

gsy1

gsy2

 (Figure S1F). 

117 

These results indicate that glycogen suppresses autophagic degradation of these enzymes.  To 

118 

investigate  whether  glycogen  is  also  a  non-preferred  cargo  of  autophagy  under  these 

119 

conditions,  we  examined  the  localization  of  glycogen  by  transmission  electron  microscopy 

120 

(TEM). To this end, we used 

atg15

 cells, which accumulate autophagic bodies in the vacuole 

121 

(Figures 1E and S1G)

1,3,6

. Periodic acid-thiocarbohydrazide-silver proteinate (PATAg) was 

122 

used to stain polysaccharides including glycogen

35

38

. Under nitrogen starvation, 

atg15

 cells 

123 

accumulated PATAg-stained structures that were not seen in 

glg1

glg2

atg15

 

cells (Figure 

124 

1E). The size of these glycogen structures in the cytoplasm varied from about 40 nm to 200 

125 

nm  (Figure  1E),  suggesting  the  formation  of  higher-order  glycogen  assemblies  such  as 

-

126 

granules, as observed in the mammalian liver

39

. Autophagic bodies rarely contained glycogen, 

127 

though glycogen was widely distributed in the cytoplasm (Figure 1E), indicating that glycogen 

128 

is a non-preferred cargo of nitrogen-starvation induced autophagy. These results support the 

129 

conclusion that glycogen is a non-preferred cargo of nitrogen-starvation induced autophagy, 

130 

and that proteins bound to glycogen (such as Gsy2) thereby escape autophagic degradation 

131 

upon nitrogen starvation, 

132 

 

133 

Glycophagy occurs after prolonged nitrogen starvation 

134 

While  glycogen  and  glycogen  metabolism-related  enzymes  are  non-preferred  cargoes  of 

135 

nitrogen-starvation induced autophagy, we noticed that Gsy2 was gradually degraded after 8 

136 

h  (Figure  2A),  suggesting  that  autophagy  of  glycogen  (glycophagy)  does  occur  upon 

137 

prolonged nitrogen starvation. TEM analysis of PATAg-stained cells subjected to prolonged 

138 

nitrogen starvation showed that the percentage of individual autophagic bodies that contained 

139 

glycogen  was  increased  relative  to  samples  subjected  to  a  shorter  (6  h)  period  of  nitrogen 

140 

starvation (Figures 2B and 2C), and most autophagosomes contained glycogen at 48 h (Figure 

141 

2B). Glycophagy was in fact enhanced upon prolonged nitrogen starvation. We also concluded 

142 

that Gsy2 can be used as a reliable reporter of glycophagy. 

143 

To characterize glycophagy during prolonged nitrogen starvation, we examined whether 

144 

ATG

 genes (

ATG2

ATG11

ATG17

, and 

ATG24

) are required for the degradation of Gsy2 

145 

using the GFP-cleavage assay. While Atg2 is essential for all types of autophagy, the scaffold-

146 

protein Atg11 is required for most forms of selective autophagy

11,40,41

 and Atg17 is known to 

147 

be  important  for  bulk  autophagy  as  well  as  some  types  of  selective  autophagy,  including 

148 

mitophagy  and  pexophagy

42,43

.  In 

atg2

  and 

atg17

  cells,  the  degradation  of  Gsy2

 

was 

149 

significantly decreased (Figures  2D and  2E).  In 

atg11

  cells,  the degradation of  Gsy2 was 

150 

slightly reduced to a similar extent to that of a representative bulk autophagy cargo protein, 

151 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Pgk1 (Figures 2D and 2E), indicating that Atg11 is not specifically involved in the degradation 

152 

of  Gsy2.  Atg24  (also  termed  Snx4)  is  required  for  autophagy  of  large  cargoes  such  as 

153 

organelles,  ribosomes  and  proteasomes

44

47

.  In 

atg24

  cells,  the  degradation  of  Gsy2  was 

154 

clearly  impaired,  while  that  of  Pgk1  was  only  slightly  decreased  (Figures  2D  and  2E). 

155 

Together, these results show that prolonged starvation-induced glycophagy does not require 

156 

Atg11 but does require Atg24. 

157 

 

158 

Atg45 is a positive regulator of glycophagy 

159 

A possible explanation for the late-onset delivery of glycogen to the vacuole is that glycogen 

160 

may  become  more  accessible  to  autophagosomes  after  prolonged  nitrogen  starvation.  We 

161 

considered  that  a  protein  may  facilitate  this,  thereby  regulating  glycophagy.  To  search  for 

162 

such  a  protein,  we  focused  on  proteins  containing  the  glycogen  binding  domain  (GBD). 

163 

Mammalian  AMPKβsubunits  have  a  GBD  called

  the  carbohydrate-binding  module  48 

164 

(CBM48). We focused on six genes in yeast that encode candidate GBD domains that have 

165 

sequence similarity with CBM48 (Figure 3A, Pfam domain PF16561). Among these, Sip1, 

166 

Sip2, and Gal83 are 

-subunits of yeast AMPK (Snf1), which has been reported to regulate 

167 

glycogen synthesis

48,49

. On the other hand, the function of Crp1, Mdg1, and Yil024c have not 

168 

been defined. Fluorescence microscopy showed that Crp1 and Yil024c co-localize with Gsy2 

169 

in the cell periphery and in the cytosol, respectively, under nitrogen starvation conditions, but 

170 

that Sip1, Sip2, and Gal83 do not (Figures 3B and S2A-E). Hence, we focused on Yil024c, 

171 

Crp1, and its paralog Mdg1. 

172 

We investigated the effect of the disruption of these genes on the autophagic degradation 

173 

of Gsy2. Degradation was slightly lower in 

crp1

 or 

crp1

mdg1

 cells, and was nearly the 

174 

same in 

mdg1

 cells as in WT cells (Figure 3C)

.

 On the other hand, it was clearly lower in 

175 

yil024c

 cells as compared with WT cells (Figure 3C), indicating that glycophagy is strongly 

176 

dependent on Yil024c. We then tested the contribution of Yil024c to the degradation of Gsy2 

177 

in the absence of glycogen. In 

glg1

glg2

 cells, Gsy2 degradation was not affected by Yil024c 

178 

deletion (Figure 3D), suggesting that Yil024c targets glycogen, not Gsy2. Taken together, we 

179 

conclude that Yil024c is a positive regulator of glycophagy, and therefore name this protein 

180 

Atg45. 

181 

 

182 

Increased expression of Atg45 enhances glycophagy 

183 

Previous  comprehensive  microarray  analyses  have  suggested  that  the  amount  of 

ATG45

 

184 

mRNA increases 1-2 d after shifting to starvation medium

50

. This suggests that glycophagy 

185 

induction by prolonged starvation may be due to the up-regulation of Atg45 expression. We 

186 

assessed  the  expression  of  Atg45  by  western  blotting  in  a  nitrogen  starvation  time  course 

187 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

experiment. We observed that the expression of Atg45 is induced during nitrogen starvation, 

188 

especially at 24 and 48 h after shifting to SD-N medium (Figure 4A). The amount of 

ATG45

 

189 

mRNA  also  gradually  increased  during  nitrogen  starvation  (Figure  S3A),  confirming  that 

190 

transcription of Atg45 is upregulated in this condition. 

191 

We next generated cells overexpressing Atg45 under the control of the 

ACT1

 promoter. 

192 

In these cells, Gsy2 was more rapidly degraded than in WT cells (Figure 4B). Moreover, the 

193 

degradation of Gsy2 under these conditions was dependent on Atg2, Atg17, and Atg24, but 

194 

only slightly reduced on Atg11 (Figure 4C), which was consistent with cells expressing Atg45 

195 

under the control of its own promoter (Figure 2B). We observed that bulk-autophagic activity 

196 

was slightly reduced in 

atg11

 cells even at 2 hours of nitrogen starvation (Figure S3B), as 

197 

previously reported

51

53

, suggesting that the effect of Atg11 is not specific to the degradation 

198 

of Gsy2 even during early-term nitrogen starvation. TEM analysis of PATAg-stained samples 

199 

showed  that  in  cells  overexpressing  Atg45,  about  40%  of  autophagic  bodies  contained 

200 

glycogen, while in WT cells less than 10% of autophagic bodies did (Figure 4D), providing 

201 

further  evidence  that  Atg45  facilitates  glycophagy.  Notably,  the  amounts  of  glycogen  in 

202 

individual autophagic bodies exhibited heterogeneity; given that the amount of glycogen is 

203 

rapidly  increased  during  nitrogen  starvation  (Figure  S1A),  variation  in  the  amounts  of 

204 

glycogen in autophagic bodies may reflect the timing of autophagosome formation. Indeed, 

205 

at  6  h  (i.e.,  when  cells  had  accumulated  glycogen),  most  autophagosomes  contained  high 

206 

levels of glycogen in cells overexpressing Atg45 (Figure 4D).  

207 

In  contrast  to  cells  overexpressing  Atg45,  autophagosomes  contained  little  glycogen  in 

208 

cells  expressing  Atg45  at  WT  levels,  despite  the  presence  of  glycogen  in  the  cytoplasm. 

209 

Furthermore, in cells overexpressing Atg45, we observed that glycogen was enriched on the 

210 

inner membrane of autophagosomes, which was also observed in  WT cells after prolonged 

211 

nitrogen  starvation  (48  h,  Figures  2B  and  4E).  This  suggests  that  Atg45  facilitates  the 

212 

sequestration  of  glycogen  into  autophagosomes  by  enhancing  the  binding  of  glycogen  to 

213 

autophagosomal membranes. 

214 

 

215 

Atg45 functions as a glycogen receptor 

216 

To elucidate the mechanistic bases of Atg45-mediated glycophagy, we first examined whether 

217 

the N-terminal half (1-96) of Atg45, which contains a putative GBD, binds to glycogen. We 

218 

compared the amount of Atg45 recovered in the pellet fraction of cell lysates in the presence 

219 

or absence of glycogen by sedimentation assay. In this assay, lysates from 

glg1

glg2

 cells 

220 

were mixed with exogenous glycogen and subjected to centrifugation. Full-length Atg45 and 

221 

the N-terminal region of Atg45 (Atg45

1-96

) were recovered in the pellet when sedimented in 

222 

the presence of glycogen (Figure 5A), while the C-terminal half of Atg45 (Atg45

97-189

) was 

223 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

not (Figure 5A), suggesting that Atg45 binds to glycogen through the GBD identified within 

224 

Atg45

1-96

.  

225 

To determine whether both regions of Atg45 are required for glycophagy, we assessed the 

226 

cleavage  of  Gsy2-GFP  in  cells  overexpressing  Atg45-,  Atg45

1-96

-,  or  Atg45

97-189

-mScarlet 

227 

chimeric  proteins.  We  found  that  neither  Atg45

1-96

  nor  Atg45

97-189

  facilitated  glycophagy 

228 

(Figure 5B), confirming that both regions of Atg45 are necessary for glycophagy.  

229 

We  next  assessed  the  autophagic  degradation  of  GFP-tagged  Atg45,  Atg45

1-96

,  and 

230 

Atg45

97-189

  under nitrogen starvation. The degradation of Atg45

97-189 

was comparable to that 

231 

of Atg45, but Atg45

1-96

 was less degraded than Atg45 (Figure S4A). In addition, Atg45 and 

232 

Atg45

97-189

 tagged with mScarlet co-localized with GFP-Atg8, an autophagosomal marker, but 

233 

Atg45

1-96

-mScarlet did not (Figure S4B). Taken together, these results indicate that the C-

234 

terminal  half  of  Atg45  is  required  for  sequestration  into  autophagosomes,  not  binding  to 

235 

glycogen. 

236 

These  results  suggest  that  an  AIM  is  present  within  the  C-terminal  half  of  Atg45.  We 

237 

identified 

127

YVNL

130

  as  the  sole  candidate  for  an  AIM  within  the  region.  To  investigate 

238 

whether this site functions as AIM, we carried out co-immunoprecipitation of GFP-Atg8 and 

239 

Atg45-FLAG  using  the  GFP-Trap  Magnetic  Agarose  system.  While  wild-type  Atg45 

240 

exhibited binding to Atg8, the alanine substituted mutant of the putative AIM (Y127A and 

241 

L130A, herein Atg45

AIMm

) had a low binding ability (Figure 5C). In cells expressing Atg45

AIMm

242 

glycophagic  activity  was  lower  than  that  in  cells  expressing  WT-Atg45,  even  when  it  was 

243 

overexpressed (Figures 5D and S5A), confirming that 

127

YVNL

130

 functions as the AIM.  

244 

Thus, we concluded that Atg45 is a glycophagy receptor protein. Even in cells expressing 

245 

Atg45

AIMm

, glycophagic activity was not completely abolished, possibly due to residual Atg8 

246 

binding of Atg45

AIMm

 through the mutant AIM or another region of the protein that allows 

247 

limited localization to the isolation membrane.  

248 

 

249 

The C-terminal region of Atg45 is important for glycophagy 

250 

We  next  examined  glycophagic  activity  in  cells  expressing  the  C-terminal  truncated  Atg45 

251 

mutants  Atg45

1-164

  and  Atg45

1-123

.  In  the  following  experiments,  we  mainly  used  cells 

252 

harboring  a  single-copy  plasmid  encoding 

ATG45

  under  the  control  of  its  own  promoter. 

253 

These cells showed higher levels of both Atg45 expression and glycophagic activity compared 

254 

to  wild-type  cells  (Figure  S5B).  Using  this  plasmid,  we  were  able  to  develop  strains  with 

255 

elevated Atg45 expression levels, which were closer to physiological conditions compared to 

256 

cells containing a plasmid with the

 ATG45

 regulated by the 

ACT1

 promoter. As expected, the 

257 

expression of Atg45

1-123

 resulted in severely impaired glycophagy as the mutant lacks an AIM 

258 

(Figure 6A). We also found that the Atg45

1-164

 mutant was partially defective in glycophagy 

259 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

(Figure 6A), suggesting that the Atg45

165-189

 residues at the C-terminal of Atg45 play a role in 

260 

glycophagy. 

261 

We  found  that  these  terminal  172-187  residues  likely  constitute  an  amphipathic  helix 

262 

using JPred4 and HeliQuest (Figure 6B). It is known that some amphipathic helices bind to 

263 

membranes  via  their  hydrophobic  surface

54

.  We  found  that  Atg45

165-189

-GFP  localized  to 

264 

various membranes, including the vacuolar membrane (Figure 6C). When  six hydrophobic 

265 

residues  within  Atg45

165-189

  were  substituted  with  alanine  (6A;  Figure  6B),  membrane 

266 

localization  was  abolished  (Figure  6C).  To  examine  whether  this  finding  is  relevant  to 

267 

glycophagy, we examined cells expressing Atg45

(6A)

-FLAG, showing clearly lower glycophagic 

268 

activity  than  cells  expressing  wild-type  Atg45-FLAG  (Figure  6D).  This  suggests  that  the 

269 

membrane-binding  ability  of  the  Atg45

165-189

  region  is  important  for  glycophagy.  When 

270 

Atg45

(6A)

 was overexpressed using the 

ACT1

 promoter, glycophagic activity was recovered to 

271 

the level of cells overexpressing wild-type Atg45 (Figure S6A). However, cells harboring both 

272 

6A and AIMm mutations showed more severe defects than AIMm mutant cells (Figure S6A), 

273 

indicating that the C-terminal region and the AIM function synergistically. We further tested 

274 

the effect of the 6A and AIMm mutation on the co-localization of Atg45 with Atg8 in cells 

275 

expressing Atg45 under its own promotor. Both mutants of Atg45 exhibited a defect in co-

276 

localization with Atg8 (Figure S6B).  

277 

Taken  together,  our  findings  suggest  that  both  the  C-terminal  region  and  the  AIM  of 

278 

Atg45 collaborate in facilitating glycophagy through their involvement in binding to isolation 

279 

membranes. 

280 

 

281 

Glycophagy is strongly induced during sporulation 

282 

We  next  sought  to  identify  physiological  conditions  under  which  glycophagy  is  strongly 

283 

induced. While glycogen is observed to accumulate during the early stages of sporulation, it 

284 

has been reported that the amount of glycogen decreases later during this process

55,56

, leading 

285 

us  to  consider  whether  glycophagy  is  activated  during  sporulation.  Because  the  X2180 

286 

background strain exhibits a low sporulation rate, we used the SEY6210/SEY6211 background 

287 

strain to study sporulation. 

288 

We  induced  sporulation  in  diploid  (

MAT

a/

)  cells  and  conducted  TEM  analyses  of 

289 

PATAg-stained  samples.  In  WT  cells,  glycogen  accumulated  in  some  vacuoles  12  h  after 

290 

induction of sporulation (Figure 7A). Most glycogen was observed in the vacuolar sap, while 

291 

a fraction was also detected in unruptured autophagic bodies (Figure 7A). This suggests that 

292 

glycogen is delivered to vacuoles by autophagy,  but that it is not efficiently degraded even 

293 

after autophagic bodies are ruptured. (Figure 7A). In 

atg45

 cells, the amount of glycogen in 

294 

vacuoles  was  clearly  lower  than  in  WT  cells  (Figure  7A).  These  results  indicate  that 

295 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

glycophagy is strongly induced during sporulation, and that sporulation-induced glycophagy 

296 

is dependent on Atg45. 

297 

The  expression  of  sporulation-related  genes  is  controlled  by  the 

MAT

  locus.  Thus, 

298 

MAT

a/

 cells are capable of sporulation, whereas 

MAT

-homozygous diploid cells (

MAT

a/a 

299 

cells) and haploid cells (

MAT

a and 

MAT

 cells) are not. To investigate whether the induction 

300 

of glycophagy is also regulated by the 

MAT

 locus, we compared the glycophagic activity of 

301 

MAT

a/

MAT

a/a, and 

MAT

 cells. Fluorescence microscopy showed that Gsy2-GFP was 

302 

delivered  to  the  vacuoles  in 

MAT

a/

  cells  but  not  in 

MAT

a/a  or 

MAT

  cells  12  h  after 

303 

induction of sporulation (Figure S7A). The accumulation of GFP signal in vacuoles was not 

304 

observed in 

atg45

 (

MAT

a/

) cells (Figure S7B), and GFP-cleavage analyses of Gsy2-GFP 

305 

validated microscopic analyses (Figure 7B and S7C). These results indicate that sporulation-

306 

induced glycophagy also depends on the expression of genes controlled by the 

MAT

 locus. 

307 

We next examined the expression of Atg45-GFP in 

MAT

a/

MAT

a/a, and 

MAT

 cells 

308 

by  western  blotting.  The  amount  of  Atg45-GFP  was  higher  in 

MAT

a/

  cells  compared  to 

309 

other cells (Figure 7C). Transcription of 

ATG45

 mRNA was induced in 

MAT

a/

 

cells (Figure 

310 

7D),  which  is  consistent  with  a  previous  study  showing  that  the  expression  of 

ATG45

  is 

311 

regulated  by  Ume6,  the  transcriptional  regulator  of  early  meiotic  genes

57

.  Therefore,  the 

312 

expression of Atg45 is controlled by the 

MAT

 locus, and this increased expression of Atg45 is 

313 

important for the high activity of glycophagy during sporulation. 

314 

Finally, we examined the amount of intracellular glycogen during sporulation. The amount 

315 

of glycogen increased up to 12 h in both WT and 

atg45

 cells after shifting to sporulation 

316 

medium, following which a decrease was observed over time (Figure 7E). This suggests that 

317 

glycogen  is utilized  by  cells  from  ~  12  h  following  exposure  to  sporulation  conditions.  We 

318 

found that glycogen was consumed faster in 

atg45

 cells than in WT cells (Figure 7E). Given 

319 

that glycogen was sequestered into vacuoles in WT cells but not in 

atg45

 cells (Figure 7A), 

320 

glycophagy  may  play  a  role  in  the  suppression  of  glycogen  consumption,  rather  than 

321 

enhancing degradation. 

322 

 

323 

 

 

324 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Discussion 

325 

The molecular mechanism of glycophagy in yeast has remained largely unexplored

25

. In this 

326 

study, we find for the first time that glycogen is a non-preferred cargo of bulk autophagy under 

327 

nitrogen  starvation conditions. On the other  hand, glycogen gradually  becomes a  target  of 

328 

autophagy  following  prolonged  nitrogen  starvation.  We  found  that  Atg45  is  important  for 

329 

glycophagy, and that this protein binds to both glycogen and Atg8. We therefore conclude 

330 

that  Atg45  functions  as  a  glycophagy  receptor.  Furthermore,  we  showed  that  during 

331 

sporulation, the expression of Atg45 is increased, and that glycophagic activity is enhanced in 

332 

an Atg45-dependent manner under these conditions. 

333 

How glycogen escapes sequestration by isolation membranes during canonical nitrogen 

334 

starvation  is  an  interesting  question.  We  observed  that  glycogen  is  plentiful  in  regions 

335 

adjacent  to  forming  autophagosomes  (Figure  4E).  This  observation  suggests  that  the 

336 

autophagosome  formation  site  (pre-autophagosomal  structure,  or  PAS)  is  not  physically 

337 

separated  from  glycogen  in  the  cytoplasm.  For  this  reason,  we  speculate  that  the 

338 

physicochemical  features  of  glycogen  disfavor  its  sequestration  by  isolation  membranes. 

339 

While glycogen granules have been reported to be approximately 10 to 40 nm in diameter

39

340 

we observed that a large portion of glycogen in cells appears to form large assemblies, the size 

341 

of  which  can  be  up  to  ~200  nm  (Figure  1E).  This  is  possibly  too  large  for  efficient 

342 

sequestration by autophagosomes forming during bulk autophagy. Autophagy of large protein 

343 

complexes such as ribosomes and proteasomes is dependent on Atg24

45,47

; the large size of 

344 

glycogen  assemblies  might  also  be  the  reason  that  glycophagy  requires  Atg24.  Given  that 

345 

Atg45  is  a  glycophagy  receptor,  Atg45  may  enhance  the  affinity  of  glycogen  for  isolation 

346 

membranes,  which  may,  in  turn,  facilitate  the  enclosure  of  glycogen  granules  into 

347 

autophagosomes  by  releasing  them  from  assemblies  of  glycogen  or  altering  the  membrane 

348 

morphology and/or direction of membrane expansion. Further studies are needed to uncover 

349 

molecular details of how glycogen escapes engulfment by the isolation membrane, as well as 

350 

how  Atg45  mediates  engulfment.  Our  findings  provide  a  novel  insight  into  the  nature  of 

351 

disfavored cargo engulfment by autophagosomes that has previously been overlooked. 

352 

Interestingly,  we  observed  that  Atg45  requires  not  only  an  AIM  but  also  a  C-terminal 

353 

region for efficient glycophagy. When the C-terminal region alone is expressed, it associates 

354 

with  various  membranes  (Figure  6C),  indicating  that  the  C-terminal  region  of  Atg45  may 

355 

enhance association with isolation membranes by direct binding to these membranes. We also 

356 

observed the dense localization  of  glycogen on the inner  membrane of  autophagosomes  in 

357 

cells  overexpressing  Atg45  (Figures  4E  and  7A).  The  tight  binding  of  Atg45  to  isolation 

358 

membranes via its AIM and the C-terminal region may enhance the affinity of glycogen for 

359 

isolation membranes, resulting in efficient glycophagy. 

360 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Selective  forms  of  autophagy,  such  as  mitophagy  and  pexophagy,  generally  require 

361 

receptor  proteins  that  recruit  Atg11  to  the  cargo  for  isolation  membrane  formation  site

11

362 

However, we observed  that  the deletion  of 

ATG11

  did  not  result in  a strong  effect  on  the 

363 

degradation of Gsy2, with the defect similar in extent to that of Pgk1. The reduction of Gsy2 

364 

degradation in 

atg11

Δ

 cells is likely explained by a general decrease in autophagy activity, 

365 

and we thus conclude that glycophagy does not require Atg11. As mentioned above, Atg45 

366 

possibly enhances the affinity of glycogen for the isolation membrane through its AIM and 

367 

the C-terminal region. Our data indicate that autophagic sequestration of glycogen, which is 

368 

widely distributed in the cytoplasm including around the PAS, is achieved through enhanced 

369 

affinity of glycogen with the isolation membrane rather than Atg11-dependent recruitment of 

370 

the  autophagy  machinery.  Examination  of  other  Atg11-independent  receptor  proteins 

371 

including  Cue5  may  shed  light  on  common  mechanisms  that  govern  such  forms  of 

372 

degradation

58

373 

While  in  silico  (BLASTP)  analyses  indicate  that  Atg45  is  conserved  among  the 

374 

Saccharomycetaceae

 family and that 

Candida albicans 

orthologues of Atg45 also exist (such 

375 

as C1_01930W), direct homologs of Atg45 were not identified in other yeasts. We were also 

376 

unable to detect any sequence homology between the mammalian glycophagy receptor Stbd1 

377 

and  Atg45.  Stbd1  contains  a  predicted  transmembrane  domain sequence  in  its  N-terminal 

378 

region and localizes to some organelles, such as the ER and lysosomes

16,59,60

. However, it has 

379 

been reported that glycogen is transported to lysosomes in a Stbd1-independent manner in 

380 

skeletal muscle

61,62

. It is possible that soluble receptors like Atg45 exist in mammalian cells in 

381 

addition to Stbd1. In 

Drosophila melanogaster

, the glycogen synthase GlyS contains an LIR 

382 

motif, which is also conserved in mammals, and is important for glycophagy

17

. Since glycogen 

383 

synthase works by binding to glycogen, it is also a candidate for a soluble type of glycophagy 

384 

receptor in these organisms. 

385 

Further,  a  previous  report  has  suggested  that  glycogen  is  stored  in  the  vacuole  and 

386 

prevented from degradation by cytosolic enzymes during stationary phase

24

, but this has not 

387 

been clearly proven. We clearly show that glycogen is accumulated in vacuoles in an Atg45-

388 

dependent manner during sporulation. It has been reported that Sga1 is induced and relocated 

389 

to the prospore membrane from vacuoles

21,22,63

 during spore maturation, which is required for 

390 

the efficient degradation of glycogen. Therefore, the degradation of glycogen possibly occurs 

391 

in  the  cytosol,  especially  around  the  prospore  membrane,  whereas  vacuoles  are  not 

392 

substantially  involved  in  the  degradation  of  glycogen  during  sporulation.  This  implies  that 

393 

glycophagy delivers glycogen  to the vacuole, where it is protected from  degradation  in  the 

394 

cytosol, as Wang et al. previously proposed

24

. Indeed, the amount of glycogen was decreased 

395 

in 

atg45

  cells  compared  with  WT  cells  during  sporulation.  The  accumulated  glycogen 

396 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

preserved in the vacuole may subsequently be used as an energy source at a later phase, or 

397 

during the metabolically demanding process of spore germination. 

398 

 

399 

Limitations of the study 

400 

Our  study  indicates  that  under  nitrogen  starvation,  glycogen  is  a  non-preferred  cargo  for 

401 

autophagy,  and  that  Atg45  enhances  the  affinity  of  glycogen  for  isolation  membranes, 

402 

facilitating glycophagy. However, we cannot rule out the possibility that the physicochemical 

403 

properties  of  glycogen,  such  as  low  fluidity  or  physical  size,  as  well  as  changes  between 

404 

nitrogen starvation and sporulation conditions, affect glycophagic activity differently under 

405 

each condition. The development of tools that specifically describe the state of glycogen will 

406 

contribute to uncovering more insights into the mechanisms of glycophagy. 

407 

   While we found that the Gsy2-GFP cleavage assay is a suitable assay for glycophagy, the 

408 

assay is potentially unreliable if a portion of Gsy2-GFP does not bind glycogen. Therefore, it 

409 

is necessary to confirm the binding of Gsy2 with glycogen under the conditions used and to 

410 

validate results using other methods, such as electron microscopy.  

411 

 

412 

Acknowledgments 

413 

We  are  grateful  to  all  the  members  of  Ohsumi  laboratory  for  helpful  discussions,  the 

414 

Biomaterials  Analysis  Division  (Tokyo  Institute  of  Technology)  for  DNA  sequencing,  the 

415 

National Bio-Resource Project (NBRP) for providing the SEY6211 strain, Akira Matsuura for 

416 

providing the pYC50-GAL-HO plasmid, and Hiroshi Iwasaki for supporting my PhD research. 

417 

We would like to thank Alexander I May for editing the manuscript and Yui Jin for the critical 

418 

comments on the manuscript. This work was supported by JSPS KAKENHI (16H06375 and 

419 

19H05708 to Y.O., 19K16121 and 22K15101 to E.T.). 

420 

 

421 

Author Contributions 

422 

T.I.,  E.T.,  and  Y.O.  designed  the  project.  T.I.,  E.T.,  S.H.,  and  S.H-R.  performed  the 

423 

experiments.  T.I.  and  Y.O.  wrote  the  manuscript.  All  authors  discussed  the  results  and 

424 

commented on the manuscript. 

425 

 

426 

Declaration of Interests 

427 

The authors declare no competing interests. 

428 

 

429 

 

 

430 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Figure legends 

431 

 

432 

Figure  1.  Glycogen  and  glycogen  metabolism-related  enzymes  are  non-preferred  cargoes  of 

433 

nitrogen starvation-induced autophagy 

434 

(A)  GFP-cleavage  assay  of  Pgk1,  Gsy2,  Glc2,  Gph1,  and  Trp4  in  SD-N  medium  (upper). 

435 

Quantified band intensities are indicated (lower).  Error bars represent SD (n=3). 

436 

(B) Schematic illustration of roles of Gsy2, Gph1, and Glc3 in glycogen metabolism. 

437 

(C) Assessment of Gsy2-GFP binding to glycogen by sedimentation assay. T: Total lysate, S: 

438 

Supernatant, P: Pellet. Pgk1 was used as a representative cytosolic protein. 

439 

(D) GFP-cleavage assay of Pgk1, Gsy2, Glc2, Gph1, and Trp4 in WT cells and 

glg1

glg2

 

440 

cells  (upper).  Quantified  band  intensities  are  indicated  (lower).  Error  bars  represent  SD 

441 

(n=3). 

442 

(E) Electron micrographs of PATAg stained 

atg15

 cells and 

glg1

glg2

atg15

 cells after 6 

443 

h  of  nitrogen  starvation.  The  diameters  of  each  PATAg  stained  structure  were  roughly 

444 

estimated as follows; 1: 200 nm, 

2: 70 nm, and 3: 40 nm. Bar: 2 µm.

 

445 

See also Figure S1. 

446 

 

447 

Figure 2. Gsy2 is degraded by autophagy after prolonged nitrogen starvation 

448 

(A) GFP-cleavage assay of Gsy2 and Pgk1 in WT cells cultured in SD-N medium. 

449 

(B) Electron micrographs of PATAg-stained 

atg15

 cells after 6 h, 24 h, or 48 h of nitrogen 

450 

starvation.  Yellow  arrowheads,  autophagic  bodies  containing  glycogen.  Green  arrows, 

451 

autophagosomes containing glycogen. Scale bar: 2 µm.

 

452 

(C)  Percentages  of  individual  autophagic  bodies  containing  glycogen  per  cell  (related  to 

453 

Figure 2A) are indicated as boxplots (n=20, 32, or 52). Significance is calculated by the Steel 

454 

test. 

455 

(D) GFP-cleavage assay of Gsy2 in WT, 

atg2

atg11

atg17

, or 

atg24

 cells after 48 h of 

456 

nitrogen starvation (upper). In quantification results (lower), the values of WT cells were set 

457 

to 1.0. Error bars represent SD (n=3). 

458 

(E) GFP-cleavage assay of Pgk1 in WT, 

atg2

atg11

atg17

, or 

atg24

 cells after 48 h of 

459 

nitrogen starvation (upper). For quantification (lower), all values are shown relative to WT 

460 

as 1.0. Error bars represent SD (n=3). 

461 

 

462 

Figure  3.  Glycophagy  occurs  in  an  Atg45-dependent  manner  upon  prolonged  nitrogen 

463 

starvation 

464 

(A) An overview of proteins containing a putative glycogen binding domain (GBD) (Pfam 

465 

domain: PF16561). 

466 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

(B) Localization of Crp1, Yil024c (Atg45), or Mdg1-GFP with Gsy2-mScarlet in cells after 2 

467 

h of nitrogen starvation. Arrowheads indicate Crp1 or Atg45 co-localization with Gsy2. Scale 

468 

bar, 2 µm. The localizations of Sip1, Sip2, or Gal83

-GFP with Gsy2-mScarlet are shown in 

469 

Figure S2A. 

470 

(C) GFP-cleavage assay of Gsy2 in WT, 

atg45

crp1

mdg1

, or 

crp1

mdg1

 cells after 48 

471 

h of nitrogen starvation (upper), and quantification of band intensities (lower). Ponceaus S 

472 

staining was used to determine total protein loading in each lane. For quantification, the value 

473 

for WT was set to 1.0. Error bars represent SD (n=3). One-

way ANOVA with Dunnett’s test 

474 

was used to assess statistically significant differences. 

p

-values indicated in the figure. 

475 

(D)  GFP-cleavage  assay  of  Gsy2  in  WT, 

atg45

glg1

glg2

,  or 

glg1

glg2

atg45

  cells 

476 

subjected  to 48  h  nitrogen  starvation  (upper).  Ponceaus  S  staining  was  used  to  determine 

477 

total protein loading in each lane. For quantification (lower), the values for WT or 

glg1

glg2

 

478 

were set to 1.0. Error bars represent SD (n=3). Welch’s 

t

-test was used to assess statistically 

479 

significant differences. 

480 

See also Figure S2. 

481 

 

482 

Figure 4. Increased expression of Atg45 facilitates glycophagy 

483 

(A)  Assessment  of  Atg45-GFP  protein  levels  in  WT  cells  cultured  in  SD-N  medium  by 

484 

western  blotting. 

-actin  was  used  as  a  loading  control.  For  band  intensity  quantifications 

485 

(lower panel), data were normalized to 1.0 using 0 h samples. 

486 

(B) GFP-cleavage assay of Gsy2 in cells overexpressing Atg45 (

ACT1

pr), 

atg45

, or WT cells. 

487 

Cells cultured in SD-N medium.

 

488 

(C)  GFP-cleavage  assay  of  Gsy2  in  WT, 

atg2

atg11

atg17

,  or 

atg24

  cells,  all 

489 

overexpressing Atg45 (

ACT1

pr). Cells cultured in SD-N medium. 

490 

(D)  Electron  micrographs  of  PATAg-stained 

atg15

  and  Atg45-overexpressing  (

ACT1

pr) 

491 

atg15

  cells  after  6  h  of  nitrogen  starvation  (left).  Yellow  arrowheads,  autophagic  bodies 

492 

containing glycogen. Green arrows, autophagosomes co

ntaining glycogen. Scale bar: 2 µm. 

493 

Percentages  of  individual  autophagic  bodies  containing  glycogen  per  cell  are  indicated  as 

494 

boxplots  at  right  (n=30).  The  Wilcoxon  rank  sum  test  was  used  to  assess  statistically 

495 

significant differences. 

496 

(E) Autophagosomes 

in cells under same conditions as D. Bars: 0.2 µm.

 

497 

See also Figure S3. 

498 

 

499 

Figure 5. Atg45 is a glycophagy receptor 

500 

(A)  Assessment  of  the  binding  ability  of  Gsy2,  Atg45,  Atg45

−

,  and  Atg45

−

-GFP  to 

501 

glycogen  by  sedimentation  assay  (left).  Atg45  and  its  variants  were  expressed  under  the 

502 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

control of the 

ACT1

 promoter. An overview of Atg45 and assessed deletion mutants is shown 

503 

at right. T: Total lysate, S: Supernatant, P: Pellet. Pgk1 was used as a representative cytosolic 

504 

protein. 

505 

(B)  GFP-cleavage  assay  of  Gsy2  in  SD-N  cultured  cells  expressing  Atg45,  Atg45

1-96

,  or 

506 

Atg45

97-189

-mScarlet under the control of the 

ATG45

 or 

ACT1

 promoters. Expression levels 

507 

of mScarlet-tagged proteins were also assessed by western blotting (bottom panel). 

508 

(C) Overview of the candidate AIM amino acid sequence within Atg45 (left). The interaction 

509 

of  GFP-Atg8  with  Atg45  or  Atg45

AIMm

-FLAG  was  assessed  by  co-immunoprecipitation  of 

510 

GFP-Atg8  (right).  Atg45  and  Atg45

AIMm

  were  expressed  under  the  control  of  the 

ACT1

 

511 

promoter. 

512 

(D) GFP-cleavage assay of Gsy2 in 

atg45

 

cells harboring an empty vector or vector-borne 

513 

Atg45-FLAG  and  Atg45

AIMm

-FLAG  under  the  control  of  the 

ACT1

  promoter.  Cells  were 

514 

cultured in SD-N medium for indicated time periods. The expression levels of FLAG-tagged 

515 

proteins  were  also  assessed  by  western  blotting.  Quantification  results  are  shown  at  right. 

516 

Error bars represent SD (n=3). 

517 

See also Figure S4 and S5. 

518 

 

519 

Figure 6. The C-terminal membrane binding region of Atg45 is important for glycophagy 

520 

(A) Schematic of Atg45 and assessed truncation mutants (left). Gsy2-GFP cleavage in cells 

521 

cultured in SD-N medium (right). Atg45 and its variants were expressed under the control of 

522 

the 

ACT1

 promoter. The expression levels of mScarlet-tagged proteins were also determined 

523 

by western blotting. 

524 

(B) Overview of the predicted sequence of the C-terminal putative helix of Atg45 (JPred 4) 

525 

(upper). The helical wheel of the putative helix predicted by HeliQuest (lower). 

526 

(C) Localization of Atg45

165-189

-GFP and Atg45

165-189(6A) 

-GFP expressed under the control of 

527 

the 

ACT1

 

promoter in cells after 2 h of nitrogen starvation. Scale bar, 2 µm.

 

528 

(D) GFP-cleavage assay of Gsy2 performed in indicated strains cultured in SD-N media. The 

529 

expression levels of FLAG-tagged proteins were also assessed by western blotting. 

530 

See also Figure S6. 

531 

 

532 

Figure 7. Glycophagy is strongly induced during sporulation 

533 

(A)  Electron  micrographs  of  PATAg-stained  WT  (

MAT

a/

)  and 

atg45

  (

MAT

a/

)  cells 

534 

cultured  for  12  h  in  sporulation  medium.  Yellow  arrowhead,  autophagic  body  containing 

535 

glycogen. Green arrow, autophagosome containing glycogen. Scale bar: 2 µm.

 

536 

(B) GFP-cleavage assay of Gsy2 in WT (

MAT

), WT (

MAT

a/

), WT (

MAT

a/a), and 

atg45

 

537 

(

MAT

a/

) cells cultured in sporulation medium. See also Figure S7C. 

538 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

(C) Assessment of Atg45-GFP protein levels in 

MAT

MAT

a/

, or 

MAT

a/a cells cultured 

539 

for 12 h in sporulation medium by western blotting (left). Ponceaus S staining was used to 

540 

determine total protein loading in each lane. For quantification (right), the values of 

MAT

 

541 

were  set  to  1.0.  Error  bars  represent  SD  (n=3).  One-

way  ANOVA  with  Tukey’s 

multiple 

542 

comparisons test was used to assess statistically significant differences. 

p

-values indicated in 

543 

the figure. 

544 

(D) Expression of 

ATG45

 mRNA in 

MAT

MAT

a/

, or 

MAT

a/a cells cultured for 12 h in 

545 

sporulation medium. Error bars represent SD (n=3). One-

way ANOVA with Tukey’s 

multiple 

546 

comparisons test was used to assess statistically significant differences. 

p

-values indicated in 

547 

the figure. 

548 

(E)  Quantification  of  glycogen  in  lysates  of  WT  (

MAT

a/

)  and 

atg45

  (

MAT

a/

)  cells, 

549 

cultured in sporulation medium. The amounts of glycogen (

g) per 1 OD

600

 unit are shown 

550 

(n=2). 

551 

See also Figure S7. 

552 

 

553 

 

554 

 

 

555 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

STAR METHODS 

556 

 

557 

RESOURCE AVAILABILITY  

558 

Lead contact 

559 

Further  information  and  requests  for  resources  should  be  directed  to  the  lead  contact, 

560 

Yoshinori Ohsumi (yohsumi@iri.titech.ac.jp). 

561 

 

562 

Materials availability 

563 

This study did not generate new unique reagents. Plasmids and cell lines generated in this 

564 

paper are available from the lead contact upon request. 

565 

 

566 

Data and code availability 

567 

 

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

568 

 

This paper does not report original code.  

569 

 

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

570 

available from the lead contact upon request  

571 

 

572 

EXPERIMENTAL MODEL AND STUDY PARTICIPANT DETAILS 

573 

Yeast strains and media 

574 

Strains used in this study are listed in Table S1. Gene disruption and tagging were performed 

575 

using a standard PCR-based method with specific primers, as listed in Table S2

64,65

. Cells were 

576 

grown  in  rich  medium  (YPD  medium:  1%  yeast  extract,  2%  peptone,  and  2%  glucose), 

577 

synthetic defined medium (SD medium: 0.17% Difco yeast nitrogen base without amino acids 

578 

and ammonium sulfate, 0.5% ammonium sulfate, and 2% glucose) or SDCA medium which 

579 

is SD medium containing 0.5% BactoTM casamino acid (Difco). To induce autophagy, yeast 

580 

cells were grown in liquid medium at 30 

°

C to a density of around OD

600

 = 1.0, were washed 

581 

twice with sterile water and then shifted to SD-N medium (0.17% Difco yeast nitrogen base 

582 

without amino acids and ammonium sulfate, and 2% glucose). To induce sporulation, cells 

583 

were grown in YPD medium at 30 

°

C for 24 h and shifted to YPA medium (1% CH

3

COOK, 

584 

1% yeast extract, 2% Peptone) at OD

600

 = 0.2, then cultured for 12 h before being transferred 

585 

to sporulation medium (1% CH

3

COOK) at OD

600

 = 1.0 after washing twice with sterile water. 

586 

 

587 

Plasmids 

588 

Plasmids used in this study are listed in Table S3. For the construction of pTA1, the full length 

589 

of 

ATG45

, including the 500 bp upstream and 500 bp downstream regions, was cloned into 

590 

the  pRS416  vector.  A  3xFLAG-tag  sequence  was  then  inserted  downstream  of 

ATG45

  by 

591 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

inverse PCR. For the construction of pTA2, the Tyr127 and Leu130 residues of Atg45 were 

592 

replaced with Ala, using the PrimeSTAR Mutagenesis Basal Kit (Takara) and pTA1 as the 

593 

template.  For  the  construction  of  pTA5  and  pTA6,  the 

ACT1

  promoter  and 

ATG45

-  or 

594 

ATG45

 

AIMm

-3xFLAG were amplified from pET103 and pTA1 or pTA2, respectively, with the 

595 

resulting  DNA  fragments  then  assembled  by  the  SLiCE  method

66

.  For  the  construction  of 

596 

pTA7,  the  Leu173,  Leu176,  Ile179,  Val183,  Tyr186,  and  Trp187  residues  of  Atg45  were 

597 

replaced with Ala, using pTA5 as the template. For the construction of pTA8, the Tyr127 and 

598 

Leu130  residues  of  Atg45  were  replaced  with  Ala,  using  pTA7  as  the  template.  For  the 

599 

construction of pTA3 and pTA4, the full length of 

ATG45,

 including the 500 bp upstream 

600 

region, and ATG45

(6A)

- or ATG45

AIMm(6A)

-3xFLAG were amplified from pTA1 and pTA7 or 

601 

pTA8, respectively, and assembled by the SLiCE method. For the construction of pTA9, GFP 

602 

was  amplified  from  pFA6a-GFP-natNT2  and  a  DNA  fragment  from  pRS416-

ACT1

pr-

603 

ATG45

-3xFLAG  (pTA5)  without  the  3xFLAG  region  was  amplified  from  pTA5.  pRS416-

604 

ACT1

pr-

ATG45

-GFP was constructed by the SLiCE method using these DNA fragments. 

605 

pTA9  was  amplified  by  a  standard  PCR  mutagenesis  technique  using  plasmid  pRS416-

606 

ACT1

pr-

ATG45

-GFP  as  the  template  DNA.  For  the  construction  of  pTA10,  GFP  was 

607 

amplified  from  pFA6a-mGFPhy-natNT2,  and  the  DNA  fragment  containing  pRS416-

608 

ACT1

pr-

ATG45

(6A)

-3xFLAG  (pTA7)  without  the  3xFLAG  sequence  was  amplified  from 

609 

pTA7. pRS416-

ACT1

pr-

ATG45

(6A)

-GFP was constructed by the SLiCE method using these 

610 

DNA  fragments.  For  the  construction  of  pTA11,  mScarlet  was  amplified  from  pFA6a-

611 

mScarlet-hphNT1  and  a  DNA  fragment  from  pRS416-

ATG45

pr-

ATG45

-3xFLAG  without 

612 

the  3xFLAG  region  was  amplified  from  pTA1.  pRS416-

ATG45

pr-

ATG45

-mScarlet  was 

613 

constructed by the SLiCE method using these DNA fragments. For the construction of pTA12, 

614 

mScarlet was amplified from pFA6a-mScarlet-hphNT1 and a DNA fragment from pRS416-

615 

ATG45

pr-

ATG45

AIMm

-3xFLAG  (pTA2)  without  the  3xFLAG  region  was  amplified  from 

616 

pTA2. pRS416-

ATG45

pr-

ATG45

AIMm

-mScarlet was constructed by the SLiCE method using 

617 

these DNA fragments. For the construction of pTA12, mScarlet was amplified from pFA6a-

618 

mScarlet-hphNT1  and  a  DNA  fragment  from  pRS416-

ATG45

pr-

ATG45

(6A)

-3xFLAG 

619 

(pTA3)  without  the  3xFLAG  region  was  amplified  from  pTA3.  pRS416-

ATG45

pr-

620 

ATG45

(6A)

-mScarlet was constructed by the SLiCE method using these DNA fragments. 

621 

 

622 

METHOD DETAILS 

623 

Protein extraction 

624 

1 OD

600

 unit of cells was treated with 10% trichloroacetic acid (TCA) for at least 30 min on 

625 

ice. Samples were centrifuged at 20,000 

g

 at 4 

°

C for 15 min. The supernatant was removed, 

626 

and the pellet was washed with ice-cold acetone and resuspended in HU sample buffer (0.5 

627 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

M NaH

2

PO

4

-Na

2

HPO

4

 pH 6.8, 50 mM EDTA, 8 M urea, 10% SDS, 10% glycerol, 25 mM 

628 

dithiothreitol [DTT], 0.2 mg/mL bromophenol blue). Samples were homogenized using 0.5 

629 

mm  zirconia  beads  (Yasui  Kikai,  YZB05)  and  a  FastPrep-24  (MP  Biomedicals,  6004-500) 

630 

with a setting of 60 s at 6.0 m/s, before incubation at 65 

°

C for 15 min.  

631 

 

632 

Western blotting 

633 

10%  polyacrylamide  gels  (375  mM  Tris-HCl  pH  8.8,  10%  acrylamide/bis  mixed  solution 

634 

[nacalai tesque], 0.1% SDS, 0.16% APS, and 0.09% TEMED) were overlayed with a stacking 

635 

gel (125 mM Tris-HCl pH 6.8, 5% acrylamide/bis mixed solution, 0.1% SDS, 0.16% APS, 

636 

and 0.09% TEMED). Samples (except for those used for the detection of Pgk1-GFP) were 

637 

loaded into wells directly following the preparation described above; Pgk1-GFP samples were 

638 

diluted 1:25 before loading into wells. In Figure 4A, the protein concentrations were measured 

639 

and samples loaded at equivalent concentrations. Samples were run at 40 mA (per gel) for 70 

640 

min using a myPower 

 300 power supply (ATTO, AE-8135). Separated proteins were then 

641 

transferred  onto  0.45 

m  PVDF  membranes  (Millipore,  IPVH00010)  using  a  Trans-Blot 

642 

Turbo  transfer  system  (Bio-Rad).  Membranes  were  stained  with  1%  Ponceau  S  (nacalai 

643 

tesque,  283-22-25G)  dissolved  in  5%  CH

3

COOH  and  digitized  using  a  scanner  (EPSON, 

644 

GT-X970). Membranes were washed with TBS-T three times and blocked in 1% skim milk 

645 

in TBS-T for 30 min. Membranes were then incubated with the relevant primary antibody at 

646 

°

C overnight, or at room temperature for 1 h, were washed three times with TBS-T before 

647 

incubation with a relevant secondary antibody at room temperature for 30 min. After washing 

648 

with TBS-T three times, Femtoglow HRP Substrate (Michigan Diagnostics, 21008) was used 

649 

to  initiate  chemiluminescence  and  blots  were  visualized  using  a  FUSION-FX7  (Vilber-

650 

Lourmat) imaging system.  

651 

 

652 

GFP-cleavage assay 

653 

Cells expressing proteins tagged with GFP were incubated in SD-N medium or sporulation 

654 

medium.  The  amounts  of  GFP-tagged  proteins  and  free  GFP  were  assessed  by  western 

655 

blotting using anti-GFP antibodies. The density of blots was quantified by using Vision-Capt 

656 

(Vilber-Lourmat), and the ratio of free GFP to the sum of full-length fusion protein and GFP 

657 

were calculated. 

658 

 

659 

Antibodies 

660 

Anti-FLAG (Sigma-Aldrich, F-4042, 1:1000), anti-Pgk1 (Thermo Fisher Scientific, 459250, 

661 

1:2000), anti-

β

-actin (Fujifilm Wako Pure Chemical Corporation, 011-24554, 1:500), anti-

662 

GFP  (Roche,11814460001,  1:1000),  and  anti-mCherry  (Abcam,  ab125096,  1:1000) 

663 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

antibodies were used as primary antibodies. Anti-mouse IgG, HRP-linked antibody (Jackson 

664 

Immuno Research, 315-035-003, 1:5000) was used as the secondary antibody.  

665 

 

666 

Electron microscopy 

667 

Electron  microscopy  was  performed  by  Tokai-EMT  Inc.  Cells  were  sandwiched  between 

668 

copper  disks  and  quickly  frozen  in  liquid  propane  at 

175 

°

C.  The  frozen  samples  were 

669 

substituted with 2% glutaraldehyde, and 1% tannic acid in ethanol at 

80 

°

C for 2 days and 

670 

then  kept at 

20 

°

C for  2 h, followed by  a warm-up to  4 

°

C  for  2 h. These samples  were 

671 

dehydrated through ethanol three times for 30 min each, and then dehydrated with ethanol at 

672 

room temperature overnight. The samples were infiltrated with propylene oxide (PO) twice 

673 

for 30 min each and were put into a 50:50 mixture of PO and resin (Quetol-651; Nisshin EM 

674 

Co.) for 3 h. Samples were then transferred to 100% resin and incubated overnight. These 

675 

samples were polymerized at 60 

 for 48 h. After polymerization, the blocks were ultra-thin 

676 

sectioned  at  80  nm  with  a  diamond  knife  using  an  ultramicrotome  (ULTRACUT,  UCT, 

677 

Leica). These sections were placed on nickel grids, and incubated with 1% periodic acid for 

678 

20  min,  followed  by  washing  with  distilled  water.  These  grids  were  incubated  with  0.5% 

679 

thiocarbohydrazide in 20% acetic acid for 60 min, and were then washed with 10% acetic acid 

680 

and distilled water. Finally, grids were incubated in 1% silver proteinate for 60 min and then 

681 

washed with distilled water. The grids were observed by a transmission electron microscope 

682 

(JEM-1400Plus; JEOL Ltd.) at an acceleration voltage of 100 kV. Digital images were taken 

683 

with a CCD camera (EM-14830RUBY2; JEOL Ltd.). 

684 

 

685 

Fluorescence microscopy  

686 

Cells were cultured in SD, SD-N, or sporulation medium for the indicated times. Fluorescence 

687 

microscopy was carried out using a confocal microscope (IXplore SpinSR10) equipped with 

688 

an  sCMOS  camera  (ORCA-Flash4.0,  Hamamatsu),  a  100x  objective  lens  (UPLAPO 

689 

100xOHR, NA/1.50; Olympus) and appropriate lasers and filters. Images were acquired and 

690 

processed using CellSens (Olympus) software and Fiji distribution of ImageJ

67

691 

In Figures S2B-E, fluorescence intensities were obtained using the Plot Profile function 

692 

in Fiji. The average of the value of 2 pixels was calculated, and the minimum and maximum 

693 

values from individual fluorescent channels were normalized to 0 and 100, respectively. 

694 

 

695 

Co-immunoprecipitation 

696 

Cells  were  cultured  in  SD-N  medium  at  30 

°

C  for  1  h  and  50  OD

600

  units  of  cells  were 

697 

harvested. The cells were disrupted in lysis buffer (10 mM Tris-HCl pH 7.5, 30 mM NaCl, 1 

698 

mM  EDTA,  2%  glycerol,  50  mM  NaF,  1  mM  DTT,  2  mM  phenylmethylsulfonyl  fluoride 

699 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

[PMSF],  2×  cOmplete  protease  inhibitor  cocktail

 

[Roche],  and  0.1×  PhosSTOP 

700 

phosphatase inhibitor cocktail [Roche]), using a Multi-beads Shocker (Yasui Kikai) and 0.5-

701 

mm  zirconia  beads. The lysates  were  solubilized by rotation  at 4 

°

C  for  15  min  with 0.5% 

702 

Triton X-100, and were then centrifuged twice at 500 

g

 for 5 min each. The supernatants were 

703 

incubated with GFP-Trap_M beads (ChromoTek) at 4 

°

C for 2 h. The beads were washed 

704 

with lysis buffer containing 0.3% Triton X-100 three times, and then incubated in SDS sample 

705 

buffer at 95 

°

C for 5 min to elute bound proteins. 

706 

 

707 

Glycogen pellet assay 

708 

WT or 

glg1

glg2

 

cells expressing each GFP-tagged protein were grown in SD medium at 

709 

30

°

C to a density of around OD

600

 = 1.0, and 50 OD

600

 units of cells were harvested for sample 

710 

preparation. Samples were disrupted in lysis buffer, as described for co-immunoprecipitation, 

711 

using  a  Multi-beads  Shocker  and  0.5-mm  zirconia  beads.  In  Figure  5A,  the  lysates  were 

712 

centrifuged twice at 20,000 

g

 for 5 min at 4 

°

C. The supernatants were mixed with the same 

713 

volume of the lysis buffer or the lysis buffer containing 20 mg/mL glycogen by rotation at 4 

°

714 

for 1 h. In Figure 1C, the lysates were centrifuged twice at 2,000 

g

 for 5 min at 4 

°

C. In both 

715 

figures,  a  portion  of  lysates  was  collected  as  total  lysate,  and  the  remaining  samples  were 

716 

centrifuged at 100,000 

g

 and 4 

°

C for 1 h. the supernatants were collected, and the pellets 

717 

were resuspended in an equal volume of lysis buffer to the supernatants. Each sample was 

718 

mixed with the same volume of 2x SDS sample buffer and incubated at 95 

°

C for 5 min. 

719 

 

720 

RNA extraction 

721 

Total cellular RNA was extracted by a hot phenol method, as described previously

52

. 10 OD

600

 

722 

units of cells were harvested and frozen. 400 

L of AE buffer (50 mM CH

3

COONa and 10 

723 

mM EDTA pH 5.0) with 1% SDS were added to cell pellets on ice, and 0.5-mm zirconia beads 

724 

and 500 

L of AE buffer-saturated hot phenol, pre-warmed at 65 

°

C, were added. The samples 

725 

were homogenized using a FastPrep-24 for 30 sec at 5.5 m/s in four cycles. The homogenized 

726 

samples were incubated on ice for 1 min and centrifuged. The supernatants were mixed with 

727 

ANE buffer (10 mM sodium acetate, 100  mM NaCl, and  2  mM EDTA)-saturated phenol: 

728 

chloroform and vortexed for 1 min and then centrifuged for 5 min. The supernatants were 

729 

mixed with chloroform: isoamyl alcohol and vortexed for 1 min. Samples were centrifuged for 

730 

5 min, and the supernatants were mixed with 2.5 times the volume of ethanol with 300 mM 

731 

CH

3

COONa (pH 5.3), and then stored overnight at 

20 

°

C. The samples were centrifuged 

732 

at  4 

°

C  and  supernatants  were  removed.  500 

L  of  70%  ethanol  was  added  to  pellets  and 

733 

samples were centrifuged at 4 

°

C. After removing the supernatant, pellets were resuspended 

734 

in RNase-free water. 

735 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

 

736 

qPCR 

737 

Complementary DNAs (cDNAs) were synthesized from 1 mg of RNA using the PrimeScript 

738 

RT reagent kit with gDNA eraser (TAKARA, RR047). A random hexamer was used for cDNA 

739 

synthesis.  qPCR  was  performed  using  TB  Green  Premix  Ex  Taq  II  (Tli  RNase  H  Plus) 

740 

(TAKARA, RR820) with the target mRNA-specific primers listed in Table S2.  

741 

Serial dilutions of cDNA were used for the qPCR standard. Melting-curve analyses confirmed 

742 

the amplification of a single product for each mRNA. The relative amount of 

ATG45

 mRNA 

743 

and 

TAF10

 mRNA

68

 or 

ACT1

 mRNA (internal control) was calculated from CT value, using 

744 

the qPCR standard. The expression level of 

ATG45

 was normalized by calculating the relative 

745 

amount of 

ATG45

 mRNA to that of 

TAF10 

in Figure 7D. In Figure S3A, transcripts of 

ACT1

 

746 

and TAF10

 mRNA were markedly reduced after nitrogen starvation induction compared to 0 

747 

hours.  Therefore,  the  relative  amount  of 

ATG45

  and  these  internal  controls  was  shown 

748 

together rather than the normalized expression level of 

ATG45

 mRNA .

 

749 

 

750 

Quantification of intracellular glycogen 

751 

The amount of glycogen was measured by a method previously reported

69

. 5 OD

600

 units of 

752 

cells were harvested. The cells were lysed by incubation in 125 

L of 0.25 M Na

2

CO

3

 at 

753 

95 

°C 

for 4 h. 75 

L of 1 M CH

3

COOH and 300 

L of CH

3

COONa were added to each 

754 

sample, and the samples were vortexed for 10 s. 250 

L of each sample was mixed with 10 

755 

L of 20 mg/mL amyloglucosidase from 

Aspergillus niger

 (Sigma-Aldrich, 10115-1G-F), 

756 

dissolved in 0.2 M CH

3

COONa (pH 5.2) and was then incubated at 58 

°C 

for 17 h. These 

757 

samples were centrifuged and supernatants were collected. The amount of glucose of the 

758 

supernatants was measured using a Glucose (GO) Assay Kit (Sigma-Aldrich, GAGO20-

759 

1KT). Note that the removal of intracellular glucose is unnecessary because most 

760 

intracellular glucose is converted to a phosphorylated form (e. g. glucose-6-phosphate) that 

761 

is not detected in this assay. 

762 

 

763 

QUANTIFICATION AND STATISTICAL ANALYSES 

764 

Error bars represent SD as indicated in the figure legends. Data were processed in Excel 2016, 

765 

R,  or  JMP  16.  Statistical  analysis  of  differences  between  two  groups  was  performed  using 

766 

Wilcoxon rank sum test or Welch’s 

t

-test, and three or more groups were One-way ANOVA 

767 

with Dunnett

’s test, One

-

way ANOVA with Tukey’s multiple comparisons test, or Steel

 test 

768 

as indicated in figure legends. 

769 

 

 

770 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Supplemental information  

771 

Document S1. Figures S1-S7 and Table S3 

772 

Table S1. Yeast strains used in this study, related to STAR Methods 

773 

Table S2. Primers used in this study, related to STAR Methods 

774 

 

 

775 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

References 

776 

1. 

Epple, U.D., Eskelinen, E.-L., and Thumm, M. (2003). Intravacuolar membrane lysis 

777 

in  Saccharomyces  cerevisiae.  Does  vacuolar  targeting  of  Cvt17/Aut5p  affect  its 

778 

function? J Biol Chem 

278

, 7810

7821. 10.1074/jbc.M209309200.

 

779 

2. 

Epple, U.D., Suriapranata, I., Eskelinen, E.L., and Thumm, M. (2001). Aut5/Cvt17p, 

780 

a putative lipase essential for disintegration of autophagic bodies inside the vacuole. J 

781 

Bacteriol 

183

, 5942

5955. 10.1128/JB.183.20.5942-5955.2001. 

782 

3. 

Teter,  S.A.,  Eggerton,  K.P.,  Scott,  S.  V,  Kim,  J.,  Fischer,  A.M.,  and  Klionsky,  D.J. 

783 

(2001). Degradation of lipid vesicles in the yeast vacuole requires function of Cvt17, a 

784 

putative lipase. J Biol Chem 

276

, 2083

2087. 10.1074/jbc.C000739200. 

785 

4. 

Ramya,  V.,  and  Rajasekharan,  R.  (2016).  ATG15  encodes  a  phospholipase  and  is 

786 

transcriptionally  regulated  by  YAP1  in  Saccharomyces  cerevisiae.  FEBS  Lett 

590

787 

3155

3167. 10.1002/1873-3468.12369. 

788 

5. 

Takeshige, K., Baba, M., Tsuboi, S., Noda, T., and Ohsumi, Y. (1992). Autophagy in 

789 

yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction. 

790 

J Cell Biol 

119

, 301

311. 10.1083/jcb.119.2.301. 

791 

6. 

Kagohashi,  Y.,  Sasaki,  M.,  May,  A.I.,  Kawamata,  T.,  and  Ohsumi,  Y.  (2023).  The 

792 

mechanism  of  Atg15-mediated  membrane  disruption  in  autophagy.  J  Cell  Biol 

222

793 

10.1083/jcb.202306120. 

794 

7. 

Onodera, J., and Ohsumi, Y. (2005). Autophagy is required for maintenance of amino 

795 

acid levels and protein synthesis under nitrogen starvation. J Biol Chem 

280

, 31582

796 

31586. 10.1074/jbc.M506736200. 

797 

8. 

May, A.I., Prescott, M., and Ohsumi, Y. (2020). Autophagy facilitates adaptation of 

798 

budding yeast  to respiratory growth by recycling serine  for  one-carbon  metabolism. 

799 

Nat Commun 

11

, 5052. 10.1038/s41467-020-18805-x. 

800 

9. 

Liu, K., Sutter, B.M., and Tu, B.P. (2021). Autophagy sustains glutamate and aspartate 

801 

synthesis in Saccharomyces cerevisiae during nitrogen starvation. Nat Commun 

12

, 57. 

802 

10.1038/s41467-020-20253-6. 

803 

10. 

Kirkin,  V.,  and  Rogov,  V.  V  (2019).  A  Diversity  of  Selective  Autophagy  Receptors 

804 

Determines  the  Specificity  of  the  Autophagy  Pathway.  Mol  Cell 

76

,  268

285. 

805 

10.1016/j.molcel.2019.09.005. 

806 

11. 

Zientara-Rytter, K., and Subramani, S. (2020). Mechanistic Insights into the Role of 

807 

Atg11 in Selective Autophagy. J Mol Biol 

432

, 104

122. 10.1016/j.jmb.2019.06.017. 

808 

12. 

Zhou, Z., Liu, J., Fu, T., Wu, P., Peng, C., Gong, X., Wang, Y., Zhang, M., Li, Y., Wang, 

809 

Y.,  et  al.  (2021).  Phosphorylation  regulates  the  binding  of  autophagy  receptors  to 

810 

FIP200  Claw  domain  for  selective  autophagy  initiation.  Nat  Commun 

12

,  1570. 

811 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

10.1038/s41467-021-21874-1. 

812 

13. 

Turco, E., Witt, M., Abert, C., Bock-Bierbaum, T., Su, M.-Y., Trapannone, R., Sztacho, 

813 

M., Danieli, A., Shi, X., Zaffagnini, G., et al. (2019). FIP200 Claw Domain Binding to 

814 

p62 Promotes Autophagosome Formation at Ubiquitin Condensates. Mol Cell 

74

, 330-

815 

346.e11. 10.1016/j.molcel.2019.01.035. 

816 

14. 

Kamber,  R.A.,  Shoemaker,  C.J.,  and  Denic,  V.  (2015).  Receptor-Bound  Targets  of 

817 

Selective Autophagy Use a Scaffold Protein to Activate the Atg1 Kinase. Mol Cell 

59

818 

372

381. 10.1016/j.molcel.2015.06.009. 

819 

15. 

Jiang,  S.,  Wells,  C.D.,  and  Roach,  P.J.  (2011).  Starch-binding  domain-containing 

820 

protein  1  (Stbd1)  and  glycogen  metabolism:  Identification  of  the  Atg8  family 

821 

interacting motif (AIM) in Stbd1 required for interaction with GABARAPL1. Biochem 

822 

Biophys Res Commun 

413

, 420

425. 10.1016/j.bbrc.2011.08.106. 

823 

16. 

Jiang,  S.,  Heller,  B.,  Tagliabracci,  V.S.,  Zhai,  L.,  Irimia,  J.M.,  DePaoli-Roach,  A.A., 

824 

Wells, C.D., Skurat, A. V, and Roach, P.J. (2010). Starch binding domain-containing 

825 

protein 1/genethonin 1 is a novel participant in glycogen metabolism. J Biol Chem 

285

826 

34960

34971. 10.1074/jbc.M110.150839. 

827 

17. 

Zirin,  J.,  Nieuwenhuis,  J.,  and  Perrimon,  N.  (2013).  Role  of  autophagy  in  glycogen 

828 

breakdown  and  its  relevance  to  chloroquine  myopathy.  PLoS  Biol 

11

,  e1001708. 

829 

10.1371/journal.pbio.1001708. 

830 

18. 

Zhao, H., Tang, M., Liu, M., and Chen, L. (2018). Glycophagy: An emerging target in 

831 

pathology. Clin Chim Acta 

484

, 298

303. 10.1016/j.cca.2018.06.014. 

832 

19. 

François, J., and Parrou, J.L. (2001). Reserve carbohydrates metabolism in the yeast 

833 

Saccharomyces  cerevisiae.  FEMS  Microbiol  Rev 

25

,  125

145.  10.1111/j.1574-

834 

6976.2001.tb00574.x. 

835 

20. 

Aris,  J.P.,  Alvers,  A.L.,  Ferraiuolo,  R.A.,  Fishwick,  L.K.,  Hanvivatpong,  A.,  Hu,  D., 

836 

Kirlew, C., Leonard, M.T., Losin, K.J., Marraffini, M., et al. (2013). Autophagy and 

837 

leucine  promote  chronological  longevity  and  respiration  proficiency  during  calorie 

838 

restriction in yeast. Exp Gerontol 

48

, 1107

1119. 10.1016/j.exger.2013.01.006. 

839 

21. 

Pugh, T.A., Shah, J.C., Magee, P.T., and Clancy, M.J. (1989). Characterization and 

840 

localization  of  the  sporulation  glucoamylase  of  Saccharomyces  cerevisiae.  Biochim 

841 

Biophys Acta 

994

, 200

209. 10.1016/0167-4838(89)90294-x. 

842 

22. 

Lam, C., Santore, E., Lavoie, E., Needleman, L., Fiacco, N., Kim, C., and Neiman, A.M. 

843 

(2014).  A  visual  screen  of  protein  localization  during  sporulation  identifies  new 

844 

components of prospore membrane-associated complexes in budding yeast. Eukaryot 

845 

Cell 

13

, 383

391. 10.1128/EC.00333-13. 

846 

23. 

Wilson, W.A., Wang, Z., and Roach, P.J. (2002). Systematic identification of the genes 

847 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

affecting  glycogen  storage  in  the  yeast  Saccharomyces  cerevisiae:  implication  of  the 

848 

vacuole  as  a  determinant  of  glycogen  level.  Mol  Cell  Proteomics 

1

,  232

242. 

849 

10.1074/mcp.m100024-mcp200. 

850 

24. 

Wang, Z., Wilson, W.A., Fujino, M.A., and Roach, P.J. (2001). Antagonistic controls 

851 

of  autophagy  and  glycogen  accumulation  by  Snf1p,  the  yeast  homolog  of  AMP-

852 

activated protein kinase, and the cyclin-dependent kinase Pho85p. Mol Cell Biol 

21

853 

5742

5752. 10.1128/MCB.21.17.5742-5752.2001. 

854 

25. 

Parzych,  K.R.,  and  Klionsky,  D.J.  (2019).  Vacuolar  hydrolysis  and  efflux:  current 

855 

knowledge 

and 

unanswered 

questions. 

Autophagy 

15

212

227. 

856 

10.1080/15548627.2018.1545821. 

857 

26. 

Takeda, E., Isoda, T., Hosokawa, S., Oikawa, Y., Hotta-Ren, S., May, A.I., and Ohsumi, 

858 

Y. (2024). Receptor-mediated cargo hitchhiking on bulk autophagy. EMBO J. DOI: 

859 

10.1038/s44318-024-00091-8 

860 

27. 

Wilson,  W.A.,  Boyer,  M.P.,  Davis,  K.D.,  Burke,  M.,  and  Roach,  P.J.  (2010).  The 

861 

subcellular localization of yeast glycogen synthase is dependent upon glycogen content. 

862 

Can J Microbiol 

56

, 408

420. 10.1139/w10-027. 

863 

28. 

Baskaran, S., Chikwana, V.M., Contreras, C.J., Davis, K.D., Wilson, W.A., DePaoli-

864 

Roach, A.A., Roach, P.J., and Hurley, T.D. (2011). Multiple glycogen-binding sites in 

865 

eukaryotic glycogen synthase are required for high catalytic efficiency toward glycogen. 

866 

J Biol Chem 

286

, 33999

34006. 10.1074/jbc.M111.264531. 

867 

29. 

Froese, D.S., Michaeli, A., McCorvie, T.J., Krojer, T., Sasi, M., Melaev, E., Goldblum, 

868 

A.,  Zatsepin,  M.,  Lossos,  A.,  Álvarez,  R.,  et  al.  (2015).  Structural  basis  of  glycogen 

869 

branching  enzyme  deficiency  and  pharmacologic  rescue  by  rational  peptide  design. 

870 

Hum Mol Genet 

24

, 5667

5676. 10.1093/hmg/ddv280. 

871 

30. 

Mathieu,  C.,  Dupret,  J.-M.,  and  Rodrigues  Lima,  F.  (2017).  The  structure  of  brain 

872 

glycogen phosphorylase-from allosteric regulation mechanisms to clinical perspectives. 

873 

FEBS J 

284

, 546

554. 10.1111/febs.13937. 

874 

31. 

Zhai, L., Feng, L., Xia, L., Yin, H., and Xiang, S. (2016). Crystal structure of glycogen 

875 

debranching enzyme and insights into its catalysis and disease-causing mutations. Nat 

876 

Commun 

7

, 11229. 10.1038/ncomms11229. 

877 

32. 

Meyer,  F.,  Heilmeyer,  L.M.,  Haschke,  R.H.,  and  Fischer,  E.H.  (1970).  Control  of 

878 

phosphorylase activity in a muscle glycogen particle. I. Isolation and characterization 

879 

of the protein-glycogen complex. J Biol Chem 

245

, 6642

6648. 

880 

33. 

Díaz,  A.,  Martínez

-Pons,  C.,  Fita,  I.,  Ferrer,  J.C.,  and  Guinovart,  J.J.  (2011). 

881 

Processivity  and  subcellular  localization  of  glycogen  synthase  depend  on  a  non-

882 

catalytic  high  affinity  glycogen-binding  site.  J  Biol  Chem 

286

,  18505

18514. 

883 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

10.1074/jbc.M111.236109. 

884 

34. 

Parrou,  J.L.,  Enjalbert,  B.,  Plourde,  L.,  Bauche,  A

.,  Gonzalez,  B.,  and  François,  J. 

885 

(1999).  Dynamic  responses  of  reserve  carbohydrate  metabolism  under  carbon  and 

886 

nitrogen 

limitations 

in 

Saccharomyces 

cerevisiae. 

Yeast 

15

191

203. 

887 

10.1002/(SICI)1097-0061(199902)15:3<191::AID-YEA358>3.0.CO;2-O. 

888 

35. 

Baba, M., Takeshige, K., Baba, N., and Ohsumi, Y. (1994). Ultrastructural analysis of 

889 

the  autophagic  process  in  yeast:  detection  of  autophagosomes  and  their 

890 

characterization. J Cell Biol 

124

, 903

913. 10.1083/jcb.124.6.903. 

891 

36. 

Baba,  M.  (2008).  Electron  microscopy  in  yeast.  Methods  Enzymol 

451

,  133

149. 

892 

10.1016/S0076-6879(08)03210-2. 

893 

37. 

Testoni, G., Duran, J., García

-

Rocha, M., Vilaplana, F., Serrano, A.L., Sebastián, D., 

894 

López

-Soldado,  I.,  Sullivan,  M.A.,  Slebe,  F.,  Vilaseca,  M.,  et  al.  (2017).  Lack  of 

895 

Glycogenin  Causes  Glycogen  Accumulation  and  Muscle  Function  Impairment.  Cell 

896 

Metab 

26

, 256-266.e4. 10.1016/j.cmet.2017.06.008. 

897 

38. 

Gehre,  L.,  Gorgette,  O.,  Perrinet,  S.,  Prevost,  M.-C.,  Ducatez,  M.,  Giebel,  A.M., 

898 

Nelson, D.E., Ball, S.G., and Subtil, A. (2016). Sequestration of host metabolism by an 

899 

intracellular pathogen. Elife 

5

, e12552. 10.7554/eLife.12552. 

900 

39. 

Prats,  C.,  Graham,  T.E.,  and  Shearer,  J.  (2018).  The  dynamic  life  of  the  glycogen 

901 

granule. J Biol Chem 

293

, 7089

7098. 10.1074/jbc.R117.802843. 

902 

40. 

Kim, J., Kamada, Y., Stromhaug, P.E., Guan, J., Hefner-Gravink, A., Baba, M., Scott, 

903 

S.  V,  Ohsumi,  Y.,  Dunn,  W.A.,  and  Klionsky,  D.J.  (2001).  Cvt9/Gsa9  functions  in 

904 

sequestering selective cytosolic cargo destined for the vacuole. J Cell Biol 

153

, 381

905 

396. 10.1083/jcb.153.2.381. 

906 

41. 

Shintani,  T.,  and  Klionsky,  D.J.  (2004).  Cargo  proteins  facilitate  the  formation  of 

907 

transport  vesicles  in  the  cytoplasm  to  vacuole  targeting  pathway.  J  Biol  Chem 

279

908 

29889

29894. 10.1074/jbc.M404399200. 

909 

42. 

Kanki, T., Wang, K., Baba, M., Bartholomew, C.R., Lynch-Day, M.A., Du, Z., Geng, 

910 

J., Mao, K., Yang, Z., Yen, W.-L., et al. (2009). A genomic screen for yeast mutants 

911 

defective  in  selective  mitochondria  autophagy.  Mol  Biol  Cell 

20

,  4730

4738. 

912 

10.1091/mbc.e09-03-0225. 

913 

43. 

Cheong, H., Yorimitsu, T., Reggiori, F., Legakis, J.E., Wang, C.-W., and Klionsky, D.J. 

914 

(2005). Atg17 regulates the magnitude of the autophagic response. Mol Biol Cell 

16

915 

3438

3453. 10.1091/mbc.e04-10-0894. 

916 

44. 

Zhao, D., Liu, X.-M., Yu, Z.-Q., Sun, L.-L., Xiong, X., Dong, M.-Q., and Du, L.-L. 

917 

(2016).  Atg20-  and  Atg24-family  proteins  promote  organelle  autophagy  in  fission 

918 

yeast. J Cell Sci 

129

, 4289

4304. 10.1242/jcs.194373. 

919 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

45. 

Nemec, A.A., Howell, L.A., Peterson, A.K., Murray, M.A., and Tomko, R.J. (2017). 

920 

Autophagic  clearance  of  proteasomes  in  yeast  requires  the  conserved  sorting  nexin 

921 

Snx4. J Biol Chem 

292

, 21466

21480. 10.1074/jbc.M117.817999. 

922 

46. 

Kanki, T., and Klionsky, D.J. (2008). Mitophagy in yeast occurs through a selective 

923 

mechanism. J Biol Chem 

283

, 32386

32393. 10.1074/jbc.M802403200. 

924 

47. 

Kotani, T., Sakai, Y., Kirisako, H., Kakuta, C., Kakuta, S., Ohsumi, Y., and Nakatogawa, 

925 

H.  (2023).  A  mechanism  that  ensures  non-selective  cytoplasm  degradation  by 

926 

autophagy. Nat Commun 

14

, 5815. 10.1038/s41467-023-41525-x. 

927 

48. 

Ha,  J.,  Guan, K.-L., and Kim, J.  (2015). AMPK and  autophagy in  glucose/glycogen 

928 

metabolism. Mol Aspects Med 

46

, 46

62. 10.1016/j.mam.2015.08.002. 

929 

49. 

Wilson, W.A., Roach, P.J., Montero, M., Baroja-

Fernández, E., Muñoz, F.J.

, Eydallin, 

930 

G., Viale, A.M., and Pozueta-Romero, J. (2010). Regulation of glycogen metabolism 

931 

in  yeast  and  bacteria.  FEMS  Microbiol  Rev 

34

,  952

985.  10.1111/j.1574-

932 

6976.2010.00220.x. 

933 

50. 

Gasch,  A.P.,  Spellman,  P.T.,  Kao,  C.M.,  Carmel-Harel,  O.,  Eisen,  M.B.,  Storz,  G., 

934 

Botstein, D., and Brown, P.O. (2000). Genomic expression programs in the response 

935 

of  yeast  cells  to  environmental  changes.  Mol  Biol  Cell 

11

,  4241

4257. 

936 

10.1091/mbc.11.12.4241. 

937 

51. 

Zhang, Y., Xie, Y., Liu, W., Deng, W., Peng, D., Wang, C., Xu, H., Ruan, C., Deng, Y., 

938 

Guo,  Y.,  et  al.  (2020).  DeepPhagy:  a  deep  learning  framework  for  quantitatively 

939 

measuring  autophagy  activity  in  Saccharomyces  cerevisiae.  Autophagy 

16

,  626

640. 

940 

10.1080/15548627.2019.1632622. 

941 

52. 

Huang,  H.,  Kawamata,  T.,  Horie,  T.,  Tsugawa,  H.,  Nakayama,  Y.,  Ohsumi,  Y.,  and 

942 

Fukusaki, E. (2015). Bulk RNA degradation by nitrogen starvation-induced autophagy 

943 

in yeast. EMBO J 

34

, 154

168. 10.15252/embj.201489083. 

944 

53. 

Bhattacharya, A., Torggler, R., Reiter, W., Romanov, N., Licheva, M., Ciftci, A., Mari, 

945 

M., Kolb, L., Kaiser, D., Reggiori, F., et al. (2024). Decoding the function of Atg13 

946 

phosphorylation reveals a role of Atg11 in bulk autophagy initiation. EMBO Rep 

25

947 

813

831. 10.1038/s44319-023-00055-9. 

948 

54. 

Giménez

-

Andrés,  M.,  Čopič,  A.,  and  Antonny,  B.  (2018).  The  Many  Faces  of 

949 

Amphipathic Helices. Biomolecules 

8

. 10.3390/biom8030045. 

950 

55. 

Hopper,  A.K.,  Magee,  P.T.,  Welch,  S.K.,  Friedman,  M.,  and  Hall,  B.D.  (1974). 

951 

Macromolecule synthesis and breakdown in relation to sporulation and meiosis in yeast. 

952 

J Bacteriol 

119

, 619

628. 10.1128/jb.119.2.619-628.1974. 

953 

56. 

Yamashita, I., and Fukui, S. (1985). Transcriptional control of the sporulation-specific 

954 

glucoamylase gene in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Mol Cell Biol 

5

, 3069

3073. 

955 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

10.1128/mcb.5.11.3069-3073.1985. 

956 

57. 

Williams, R.M., Primig, M., Washburn, B.K., Winzeler, E.A., Bellis, M., Sarrauste de 

957 

Menthiere, C., Davis, R.W., and Esposito, R.E. (2002). The Ume6 regulon coordinates 

958 

metabolic and meiotic gene expression in yeast. Proc Natl Acad Sci U S A 

99

, 13431

959 

13436. 10.1073/pnas.202495299. 

960 

58. 

Lu, K.,  Psakhye, I., and  Jentsch, S.  (2014). Autophagic clearance  of  polyQ  proteins 

961 

mediated by ubiquitin-Atg8 adaptors of the conserved CUET protein family. Cell 

158

962 

549

563. 10.1016/j.cell.2014.05.048. 

963 

59. 

Demetriadou, A., Morales-Sanfrutos, J., Nearchou, M., Baba, O., Kyriacou, K., Tate, 

964 

E.W., Drousiotou, A., and Petrou, P.P. (2017). Mouse Stbd1 is N-myristoylated and 

965 

affects  ER-mitochondria  association  and  mitochondrial  morphology.  J  Cell  Sci 

130

966 

903

915. 10.1242/jcs.195263. 

967 

60. 

Lytridou,  A.A.,  Demetriadou,  A.,  Christou,  M.,  Potamiti,  L.,  Mastroyiannopoulos, 

968 

N.P., Kyriacou, K., Phylactou, L.A., Drousiotou, A., and Petrou, P.P. (2020). Stbd1 

969 

promotes  glycogen  clustering  during  endoplasmic  reticulum  stress  and  supports 

970 

survival of mouse myoblasts. J Cell Sci 

133

. 10.1242/jcs.244855. 

971 

61. 

Sun, T., Yi, H., Yang, C., Kishnani, P.S., and Sun, B. (2016). Starch Binding Domain-

972 

containing Protein 1 Plays a Dominant Role in Glycogen Transport to Lysosomes in 

973 

Liver. J Biol Chem 

291

, 16479

16484. 10.1074/jbc.C116.741397. 

974 

62. 

Yi, H., Fredrickson, K.B., Das, S., Kishnani, P.S., and Sun, B. (2013). Stbd1 is highly 

975 

elevated in skeletal muscle of Pompe disease mice but suppression of its expression 

976 

does  not  affect  lysosomal  glycogen  accumulation.  Mol  Genet  Metab 

109

,  312

314. 

977 

10.1016/j.ymgme.2013.05.004. 

978 

63. 

Colonna, W.J., and Magee, P.T. (1978). Glycogenolytic enzymes in sporulating yeast. 

979 

J Bacteriol 

134

, 844

853. 10.1128/jb.134.3.844-853.1978. 

980 

64. 

Janke, C., Magiera, M.M., Rathfelder, N., Taxis, C., Reber, S., Maekawa, H., Moreno-

981 

Borchart, A., Doenges, G., Schwob, E., Schiebel, E., et al. (2004). A versatile toolbox 

982 

for  PCR-based  tagging  of  yeast  genes:  new  fluorescent  proteins,  more  markers  and 

983 

promoter substitution cassettes. Yeast 

21

, 947

962. 10.1002/yea.1142. 

984 

65. 

Knop,  M.,  Siegers,  K.,  Pereira,  G.,  Zachariae,  W.,  Winsor,  B.,  Nasmyth,  K.,  and 

985 

Schiebel, E. (1999). Epitope tagging of yeast genes using a PCR-based strategy: more 

986 

tags  and  improved  practical  routines.  Yeast 

15

,  963

972.  10.1002/(SICI)1097-

987 

0061(199907)15:10B<963::AID-YEA399>3.0.CO;2-W. 

988 

66. 

Zhang,  Y.,  Werling,  U.,  and  Edelmann,  W.  (2012).  SLiCE:  a  novel  bacterial  cell 

989 

extract-based DNA cloning method. Nucleic Acids Res 

40

, e55. 10.1093/nar/gkr1288. 

990 

67. 

Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., Frise, E., Kaynig, V., Longair, M., Pietzsch, T., 

991 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Preibisch, S., Rueden, C., Saalfeld, S., Schmid, B., et al. (2012). Fiji: an open-source 

992 

platform for biological-image analysis. Nat Methods 

9

, 676

682. 10.1038/nmeth.2019. 

993 

68. 

Teste, M.-

A., Duquenne, M., François, J.M., and Parrou, J.

-L. (2009). Validation of 

994 

reference  genes  for  quantitative  expression  analysis  by  real-time  RT-PCR  in 

995 

Saccharomyces cerevisiae. BMC Mol Biol 

10

, 99. 10.1186/1471-2199-10-99. 

996 

69. 

Chen,  Y.,  and  Futcher,  B.  (2017).  Assaying  Glycogen  and  Trehalose  in  Yeast.  Bio 

997 

Protoc 

7

, e2371. 10.21769/BioProtoc.2371. 

998 

  

999 

 

1000 

 

1001 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

T

S P

Gsy2

-GFP

T

S

P

glg1

glg2

WT

Pgk1

α

-GFP

α−

Pgk1

B

0 4 8 24

-N (h)

0 4 8 24 0 4 8 24 0 4 8 24

α

-GFP

GFP’

GFP’

Full length

Pgk1-GFP

Gsy2-GFP Glc3-GFP Gph1-GFP

A

0 8 24 0 8 24 0 8 24 0 8 24 0

24 0 8 24 0 8 24 0 8 24 0 8 24 0 8 24

Full length

GFP’

GFP’

Long exposure

WT

glg1

glg2

WT

glg1

glg2

WT

glg1

glg2

WT

glg1

glg2

WT

glg1

glg2

Pgk1-GFP

Gsy2-GFP

Glc3-GFP

Gph1-GFP

Trp4-GFP

0 4 8 24

Trp4-GFP

-N (h)

glg1

glg2

atg15

atg15

Glc3

Gsy2

Gph1

PPi

-Pi

-UDP

UDP

Long exposure

α

-GFP

D

WT

glg1

glg2

C

2

3

1

8

G

FP

/ Full length+GFP’

E

0.0

0.1

0.2

G

FP

/ Full length+GFP’

0.0

0.1

0.3

0.4

0.2

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Pgk1-GFP

GFP’

WT

atg11

atg17

atg24

atg2

Gsy2-GFP

GFP’

A

B

α

-GFP

C

Long exposure

α

-GFP

Long exposure

48

0

8

4

-N (h)

16 32

48

0

8

4

16 32

Pgk1-GFP

Gsy2-GFP

Gsy2-GFP

GFP’

Long exposure

α

-GFP

Pgk1-GFP

WT

atg11

atg17

atg24

atg2

GFP’

/ Pgk1-GFP+GFP’

0.9

1.2

0.6

0.3

0.0

Pgk1

0.9

1.2

0.6

0.3
0.0

Gsy2

GFP’

/ Gsy2-GFP+GFP’

D

15D の電顕
N-6h

-N 6 h

-N 24 h

-N 48 h

E

0

10

20

30

40

50

P

=0.0026

P

=0.1137

% of ABs containig glycogen

48 h

(n=20)

(n=55)

6 h

24 h

(n=32)

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

A

C

Crp1-GFP

Gsy2-mScarlet

merge

Sip1

Yil024c (Atg45)

Gal83

Crp1

Mdg1

9

92

8

87

561

505

Sip2

164

248

163

246

16

96

: putative GBD

Atg45-GFP

Gsy2-mScarlet

merge

C

Mdg1-GFP

Gsy2-mScarlet

merge

Long exposure

Gsy2-GFP

GFP’

α

-GFP

atg45

glg1

glg2

atg45

WT

glg1

glg2

Gsy2-GFP

GFP’

α

-GFP

D

atg45

crp1

mdg1

WT

crp1

mdg1

Long

exposure

B

G

FP

’/Gsy2-GFP+

G

FP

Ponceau S

Ponceau S

P

<0.0001

P

=0.0033

P

=0.4092

P

=0.0070

GFP’

/ Gsy2-GFP+GFP’

1.2
0.9
0.6

0.0

0.3

G

FP

’/Gsy2-GFP+

G

FP

0.0

0.5

1.0

1.5

0.0

0.5

1.0

1.5

P

=0.0250

P

=0.2837

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Gsy2-GFP
GFP’

0 4 8 24

-N (h)

WT

0 4 8 24

atg45

0 4 8 24

ATG45 

o.e.

α

-GFP

Long exposure

α

-GFP

C

Gsy2-GFP

0 8 24 0 8 24 0 8 24 0 8 24 0 8 24

WT

atg2

atg11

atg17

atg24

A

atg15

 ATG45 

o.e.

atg15

ATG45 

o.e.

atg15

 ATG45 

o.e.

atg15

0

20

40

60

% of ABs containig glycogen

D

(n=30)

(n=30)

α

-FLAG

Atg45-Flag

atg15

 ATG45 

o.e.

atg15

Long 

exposure

α

-GFP

-N (h)

P

<0.0001

B

E

GFP’

48

0

8

24

4

-N (h)

Atg45-GFP

GFP’

α

-GFP

α

-beta actin

0.0

1.0

2.0

3.0

Atg45-GFP+

G

FP

’/actin

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

A

C

B

D

Atg45

16

96

Atg45

1-96

16

96

Atg45

97-189

0

8 24

-N (h)

0 8 24 0 8 24 0 8 24

Atg45-

mScarlet

Atg45-

mScarlet

Atg45

97-189

-mScarlet

Atg45

1-96

-mScarlet

Gsy2-GFP

GFP’

Atg45-mScarlet

α

-GFP

α

-mScarlet

o.e.

0

8 24 0

8 24 0

8 24

-N (h)

Gsy2-GFP

atg45

Atg45

97-189

-mScarlet

Atg45

1-96

-mScarlet

α

-FLAG

GFP’

4

4

4

GBD

GBD

α

-GFP

189

1

1

189

97

Atg45

16

96

GBD

189

1

DSLND

Y

VN

L

SSHSD

127 130

α

-GFP

α

-FLAG

Atg45-Flag

IP:GFP

Input


Atg45-Flag

GFP-Atg8


GFP-Atg8

Atg45-Flag

α−

GFP

α−

Pgk1

T S P

Gsy2-GFP

Atg45-GFP 

Atg45

1-96

-GFP 

T S P T S P T S P T S P T S P T S P T S P

Gsy2-GFP

Atg45-GFP

Atg45

97-189

-GFP

Atg45

1-96

-GFP

glycogen

glycogen

glycogen

Atg45

97-189

-GFP

α

-GFP

Long exposure

ACT1pr-

ATG45-FLAG 

:

WT

AIMm

α

-GFP

Long exposure

Atg45

AIMm

-Flag

atg15

atg45

glycogen

0.000

0.025

0.050

0.075

0.100

G

FP

/ Gsy2-GFP+GFP’

0

8 24 0

8 24 0

8 24

-N (h)

4

4

4

WT

AIMm

ACT1pr-

ATG45-FLAG 

:

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Gsy2-GFP

GFP’

Atg45

1-123

-mScarlet

0 8 24

-N (h)

0 8 24 0 8 24 0 8 24

Atg45-

mScarlet

Atg45-

mScarlet

Atg45

1-123

-mScarlet

Atg45

1-164

-mScarlet

o.e.

α

-GFP

α

-mScarlet

Atg45

16

96

GBD

189

1

AIM

16

96

GBD

164

1

Atg45

1-164

Atg45

1-123

16

96

GBD 122

1

AIM

A

B

Atg45

16

96

GBD

189

1

AIM

172 SLNGLMCIAKKVKTYW 187

C

D

Atg45

165-189

-GFP

Vph1-mCherry

merge

Vph1-mCherry

merge

Gsy2-GFP

GFP’

Atg45-Flag

α

-GFP

α

-GFP

Long exposure

α

-FLAG

0 8 24

-N (h)

0 8 24 0 8 24 0 8 24

WT

AIMm

atg45

6A

AIMm(6A)

ATG45pr-

ATG45-FLAG 

:

WT

6A

α

-GFP

Long exposure

0 8 24

Atg45-mScarlet

Atg45

1-164

-mScarlet

Atg45

165-189(6A)

-GFP

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

A

C

B

D

Spo (h)

0 6

24

12

36

Gsy2-GFP
GFP’

0 6

24

12

36

0 6

24

12

36

0 6

24

12

36

WT

(

MAT

a

/

α

)

WT

(

MAT

α

)

WT

(

MAT

a

/

a

)

atg45

(

MAT

a

/

α

)

Long exposure

α

-GFP

MAT

α

MAT

a

/

α

α

-GFP

Atg45

-GFP

GFP’

WT

(

MAT

a

/

α

)

atg45

(

MAT

a

/

α

)

0

10

20

30

40

50

60

70

0

20

40

60

80

 glycogen (

µ

g/OD

600

)

Spo medium (h)

WT (

MAT

a

/

α

)

atg45

 (

MAT

a

/

α

)

E

Ponceau S

MAT

a

/

a

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Nomarized amount

 of Atg45

MAT

α

MAT

a

/

α

MAT

a

/

a

P

=0.0363

P

=0.0005

P

=0.0085

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

MAT

α

MAT

a

/

α

MAT

a

/

a

P

=0.6504

P

=0.0342

P

=0.1069

Nomarized expression level

 of 

ATG45

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Highlights 

 

Glycogen is a non-preferred cargo of bulk autophagy 

 

Glycophagy gradually increases with prolonged nitrogen starvation 

 

Atg45 functions as a glycophagy receptor 

 

During sporulation, glycophagy is strongly induced with increased amount of Atg45 

 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Key resources table 

REAGENT or RESOURCE 

SOURCE 

IDENTIFIER 

Antibodies 

Monoclonal ANTI-FLAG

®

 M5 antibody 

Sigma

–Aldrich 

Cat#  F-4042;  RRID: 

AB_439686 

PGK1 Monoclonal Antibody (22C5D8) 

Thermo Fisher Scientific 

Cat#  459250;

 

RRID: 

AB_2532235 

Anti β-Actin, Monoclonal Antibody 

Fujifilm Wako Pure Chemical 

Corporation 

Cat# 011-24554 

Anti-GFP 

Roche 

Cat# 

11814460001; 

RRID: AB_390913 

Anti-mCherry antibody 

Abcam 

Cat# 

ab125096

RRID: AB_11133266 

Anti-mouse IgG, HRP-linked antibody 

Jackson Immuno Research 

Cat# 

315-035-003; 

RRID: AB_2340061 

Chemicals, peptides, and recombinant proteins 

PrimeScript™ RT reagent Kit with gDNA Eraser 

TaKaRa 

Cat# RR047 

PrimeSTAR Mutagenesis Basal Kit 

TaKaRa 

Cat# R046A 

Quetol-651 

Nisshin EM Co. 

Cat# 371 

Ponceau S 

nacalai tesque 

Cat# 283-22-25G 

cOmplete protease inhibitor cocktail 

Roche 

Cat# 11836170001 

PhosSTOP phosphatase inhibitor cocktail 

Roche 

Cat# 4906845001 

TB Green Premix Ex Taq II (Tli RNase H Plus) 

TaKaRa 

Cat# RR820 

amyloglucosidase from 

Aspergillus niger

 

Sigma-Aldrich 

Cat# 10115-1G-F 

Glycogen from Oyster 

Sigma-Aldrich 

Cat# G8751-5G 

Femtoglow HRP Substrat 

Michigan Diagnostics,   

Cat# 21008 

Critical commercial assays 

Glucose (GO) Assay Kit 

Sigma-Aldrich 

Cat# GAGO20-1KT 

Experimental models: Organisms/strains 

S. cerevisiae

 strains, see Table S1 

This study 

N/A 

Oligonucleotides 

Primers, see Table S2 

This study 

N/A 

Recombinant DNA 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010320-html.html
background image

Plasmids, see Table S3 

This study 

N/A 

Software and algorithms 

imageJ/Fiji 

National

 

Institutes of Health 

https://imagej.net/Fiji 

CellSens 

Olympus 

https://www.olympus-

lifescience.com/en/sof

tware/cellsens/ 

Vision-Capt 

Vilber-Lourmat 

N/A 

JMP 16 

JMP  Statistical  Discovery, 

North Carolina, United States 

https://www.jmp.com/

en_us/home.html 

Other 

GFP-Trap_M beads 

ChromoTek 

Cat# gtma-20 

PrimeScript™ RT reagent Kit with gDNA Eraser 

TaKaRa 

Cat# RR047 

PrimeSTAR Mutagenesis Basal Kit 

TaKaRa 

Cat# R046A 

0.5 mm zirconia beads 

Yasui Kikai 

Cat# YZB05 

0.45 

m PVDF membranes 

Millipore 

Cat# IPVH00010 

 

Journal Pre-proof