CN114276435A - 一种重组人源ⅲ型胶原蛋白及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物技术领域,尤其涉及一重组人源Ⅲ型胶原蛋白及其应用。本发明对人全长Ⅲ型胶原蛋白进行优化,选取一段含有123个氨基酸序列区段,并将该区段序列中三肽序列Gly‑Pro‑Hyp定向替换为Gly‑Pro‑Arg序列,并对其进行4重复,同时在‑C末端连接GPPGPCCGGG序列,该重组蛋白具有三级螺旋结构,显现出更强的稳定性,且具有接近天然胶原的性质。所述重组人源Ⅲ型胶原蛋白可以在毕赤酵母中有效稳定和大量表达,同时C端连接6个组氨酸特异性亲和纯化标签,易于获得高纯度产品,能够适应于工业化的大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域,尤其涉及一种重组人源Ⅲ型胶原蛋白及其应用。
背景技术
胶原蛋白又称胶原,是一种糖蛋白,人体皮肤内胶原蛋白为I型胶原和III型胶原,I型胶原主要存在于成人皮肤、肌腱、骨组织,Ⅲ型胶原主要存在于婴儿皮肤或血管内膜、肠道,I型胶原和III型胶原与皮肤损伤修复过程和修复质量紧密相关。III型胶原具有优秀的生物学活性和组织相容性,能促使真皮层成纤维母细胞增生,提高细胞活性,并被成纤维细胞作为合成胶原蛋白的原料吸收,刺激细胞更多的合成胶原蛋白、使受损老化的皮肤得到填充和修复,重建网状结构,增强受损皮肤的扩张力,恢复皮肤弹性。III型胶原蛋白由三条肽链向右卷曲扭成的三股螺旋状。一级结构分析表明,其多肽链很长的区段序列是由GLy-x-y氨基酸序列重复而成。其中,x通常为脯氨酸,y通常为羟脯氨酸和羟赖氨酸,这种三肽重复序列对胶原蛋白的结构起着很大的作用。
目前市场上销售的胶原蛋白产品大都是取自猪、牛和鱼等动物组织,进而通过酸、碱、酶解法处理得到,其生物学活性远远不及人体天然胶原蛋白,不能满足医药、食品和化妆品等行业需求。
随着DNA重组技术的迅速发展,人们开始探索利用重组技术获得III型人源胶原蛋白。利用生物基因工程技术,把胶原蛋白中的一部分mRNA逆转录,得到合适的cDNA序列后,再优选合适的载体表达,经过双酶切处理后,转移到各种宿主细胞中诱导表达得到高分子蛋白,并经过分离、复性、纯化后获得所需要的生物蛋白。
目前,重组III型胶原的主要以大肠杆菌为重组胶原蛋白的表达系统,如CN110194795A公开了一种重组人源胶原蛋白及其应用,选取了人源三型蛋白保守区域的一段序列并将其重复8次,将设计得到的序列重组构建原核表达载体pET22b中,经过诱导表达,最终得到了能够在大肠杆菌中高效表达的,可溶于水的重组人源胶原蛋白。CN103122027A公开了一种重组人源胶原蛋白及其生产方法,结构为单链结构,基本重复单元为gergapgfrgpagpngipgekgpagergap,为人胶原蛋白III型肽段,末端序列为GPPGPCCGGG,为人胶原蛋白II型肽段,采用大肠杆菌表达系统。
CN111363029A一种重组人源Ⅲ型胶原蛋白、表达菌株及其构建方法,从已知序列的人体胶原蛋白基因III型的螺旋区中选择水溶性、稳定性强的核苷酸序列,将优选基因片段插入毕赤酵母表达质粒中,转化毕赤酵母筛选得到高
随着现代生物技术的发展,国内外陆续有公司或研究单位开始开发重组类胶原蛋白的生产技术,如利用转基因的方法,国外公司培育出含类人胶原蛋白的小白鼠,美国胶原公司将特定的乳腺表达系统微量注射到受精卵母细胞后,一直到哺乳动物母体,使其怀胎足月,得到含有重组类人胶原蛋白乳汁的哺乳动物,但是通过哺乳类或昆虫细胞株生产成本极高、生产周期长,而且昆虫细胞和部分哺乳动物中没有足够水平的P4H。研究人员尝试利用微生物来生产类胶原蛋白,因为该方法的生产成本相对较低。但在大多数的大肠杆菌和酵母中其自身不能合成P4H,因而不能形成Hyp残基。为了得到稳定的三重螺旋结构,并具有良好生物活性的胶原蛋白,国内外研究者主要从以下两个方面开展研究:1.含有Hyp残基的类胶原蛋白,促进Hyp形成的P4H存在于内质网腔中,脊椎动物的P4H是由α2β2构成的四聚体,每一个α亚基包含一个将Pro羟化的催化位点。虽然Hyp对胶原蛋白三重螺旋结构的稳定期这非常重要的作用,但在许多情况下,Hyp还是非常难以获得的。2.不含Hyp的类胶原蛋白,以期在Hyp缺失的情况下,促进类胶原蛋白三重螺旋结构的形成与稳定。
CN110194795A公开了一种重组人源胶原蛋白及其应用,选取了人源三型蛋白保守区域的一段序列并将其重复8次,将设计得到的序列重组构建原核表达载体pET22b中,经过诱导表达,最终得到了能够在大肠杆菌中高效表达的,可溶于水的重组人源胶原蛋白。CN103122027A公开了一种重组人源胶原蛋白及其生产方法,结构为单链结构,基本重复单元为人胶原蛋白III型肽段gergapgfrgpagpngipgekgpagergap。然而,进一步获得稳定性更高的重组人源胶原蛋白仍然是本领域不断追求的目标。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种重组人源Ⅲ型胶原蛋白及其应用。该重组蛋白具有三级螺旋结构,显现出更强的稳定性,且具有接近天然胶原的性质。
一种重组人源Ⅲ型胶原蛋白,其特征在于,具有如SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列;或具有在SEQ ID NO.1所示氨基酸序列中取代、缺失或添加氨基酸且蛋白功能相同的氨基酸序列。
一些实施方案中,所述取代、缺失或添加的氨基酸为一个或多个。
本发明所述重组人源Ⅲ型胶原蛋白的C端还包括标签序列。具体的,所述标签序列为6×His标签,所述重组人源Ⅲ型胶原蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。
本发明还提供了编码所述重组人源Ⅲ型胶原蛋白的核酸。
一些实施方案中,编码SEQ ID NO.2所示所述重组人源Ⅲ型胶原蛋白的核酸的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。
本发明还提供一种重组载体,包含本发明所述核酸。
本发明中,所述重组载体还包括骨架载体;其中,所述骨架载体优选为pPIC9K。
本发明还提供了转化有所述重组载体的宿主。
本发明中,所述宿主为毕赤酵母,具体为巴斯德毕赤酵母。
本发明还提供了所述的重组人源Ⅲ型胶原蛋白、权利要求5所或6所述的核酸、所述的重组载体或所述的宿主,在制备抗衰老、保湿产品中的应用。
本发明还提供了一种产品,包括本发明所述的重组人源Ⅲ型胶原蛋白。
本发明中,所述产品的剂型为片剂、粉针剂、颗粒剂、口服液、注射液或胶囊。
本发明提供的重组人源Ⅲ型胶原蛋白,具有如SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列;或具有在SEQ ID NO.1所示氨基酸序列中取代、缺失或添加氨基酸且蛋白活性不发生改变的氨基酸序列。该胶原蛋白具有三级螺旋结构,显现出更强的稳定性,且具有接近天然胶原的性质,可以在毕赤酵母中有效稳定和大量表达,同时C端连接6个组氨酸特异性亲和纯化标签,易于获得高纯度产品,能够适应于工业化的大规模生产。
附图说明
图1示重组质粒pPIC9K-ReCOL的结构示意图;
图2示重组PCR验证结果;
图3示Mut+型菌株筛选结果;
图4示高拷贝重组菌株筛选结果;4a~4c依次为G418浓度1mg/ml、4mg/ml、8mg/ml的筛选结果;
图5示重组菌株的发酵上清和菌体内蛋白分析结果;
图6示添加不同浓度的胶原蛋白培养48h后显微镜下观察的细胞形态图(100x);
图7示CCK8法测定添加不同浓度胶原蛋白培养48h后细胞的增殖活性结果。
具体实施方式
本发明提供了一种重组人源Ⅲ型胶原蛋白及其应用。本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
本发明采用的试材皆为普通市售品,皆可于市场购得。
下面结合实施例,进一步阐述本发明:
实施例1
实验方法:
(1)重组菌株的构建:
利用化学合成的SEQ ID NO.2所示的目的基因,引入EcoR I和Not I双酶切位点,插入到表达载体pPIC9K中,得到重组质粒(结构示意图见图1),线性化重组质粒并分别将其电转化到毕赤酵母GS115中,经菌落PCR鉴定、Mut表型筛选、G418拷贝数筛选转化后,用甲醇诱导表达.
(2)重组人源Ⅲ型胶原蛋白获得:
采用BMGY培养基28℃,250rpm条件下培养过夜,第二天转到BMMY培养基,28℃,250rpm培养96h,每隔24h补加甲醇。离心分别收集菌体和发酵上清。
(3)重组酵母菌体细胞破碎:
发酵液,经10000rpm离心10min收集菌体,利用纯水清洗三遍,将菌体转入50ml离心管中,加入适量裂解液(20mM Tri-HCl,50mmol/L NaH2PO4,1mmol/L EDTA-2Na,体积分数5%甘油,pH7.4),混匀后,进行超声破碎,破碎结束后,以12000rpm/min离心裂解液15min,之后进行SDS-PAGE分析。
结果分析:
(1)重组菌PCR验证结果
具体实验操作过程如下:
挑取待测酵母转化子,按下述方法进行PCR模板的预制。
挑取甲酵利用快型(Mut+)转化子的单菌落和空载菌落,置于装有200μL去离子水的1.5ml EP管中,2000g离心5min,弃上清。
将装有菌体的EP管置于金属浴设备EP管槽内,100℃加热2min。
转移到-80℃冰冻5min。
金属浴设备中,100℃加热2min。
重复在-80℃冰冻5min和100℃加热2min数次。
加入30μl去离子水,于10000g离心l min,吸取上清0.5ul移入PCR管中作为PCR反应的模板。
将除了模板之外的其它PCR反应体系的组分依次加入PCR管中,开始PCR扩增。
PCR反应体系如下:
PCR反应程序如下
PCR反应结束后,取1μl扩增产物与10x Loading Buffer混合,进行1.5%琼脂糖凝胶电泳检测,在1716bp左右出现条带的,可以初步确定为阳性转化子。在195bp左右出现条带,为空载菌株。
GS115感受态细胞经MD平板筛选后,用引物
Alpha-Factor-F:5’-TACTATTGCCAGCATTGCTGC-3’
3’AOX1:5’-GCAAATGGCATTCTGACATCC-3’进行PCR鉴定,测试目的基因的碱基大小与理论值1524bp基本相一致(图2)。
(2)Mut+型菌株筛选结果
具体操作如下:
将导入重组质粒的重组毕赤酵母GS115菌液,涂布MD平板,待出现单菌落之后,按如下操作进行转化子的甲醇利用表型的筛选。
使用无菌1ml加长枪头依次小心挑取MD平板上的单菌落分别影印于MM和MD培养基平板上,注意首先影印MM平板,之后再影印于MD平板。将影印的平板倒置于30℃培养箱中培养三天。各影印转化子在两种平板上的生长情况出现差别,其中甲醇利用快型(Mut+)转化子在MD和MM培养基平板上均长势良好;而甲醇利用慢型(Muts)在MD平板上长势良好,而在MM平板上基本不生长。
30℃培养2天后,MM平板和MD平板单菌落均有生长,长势较好,说明筛选的单菌落大部分均为甲醇利用快型(Mut+)菌落(图3)。
(3)高拷贝重组菌株筛选
转化pPIC9K-ReCOL的酵母发生同源重组,即额外获得了抗G418的基因之后,才能在含有G418的YPD平板上生长,同时获得的抗性基因的拷贝数越多,即插入到酵母染色体中的pPICgK-ReCOL拷贝数越多,才具有越高抗性的表型,才能在含越高浓度的G418平板上生长良好。也正是因为这个原因,G418筛选高拷贝重组子达到了良好的效果。最终得到在8mg/ml的G418的YPD平板生长的为数不多的几株菌,即为高拷贝重组菌株(图4)。
具体操作如下:
①挑取在MM培养基平板上长势较好(Mut+)的数百个单菌落,影印于含有不同浓度G418的YPD培养基平板上,确保先影印含有较高浓度G418的YPD平板,再影印含有较低浓度G418的YPD平板。
②将影印好的平板倒置于30℃培养箱中培养2d~5d。
③对于不含有G418的YPD平板上的转化子,在2d就可以长成较大的菌落;而对于含有不同浓度G418的YPD平板上的转化子可能在4d甚至5d之后才能观察到明显的单菌落。
④发酵上清和菌体内蛋白分析
具体实验操作如下:
①样品处理:分别加入5×Loadingbuffer20μl混匀,金属浴设备上,100℃煮5~10min使蛋白变性,10,000rpm/min离心10min,取上清进行电泳。
②配制好分离胶、浓缩胶后,取10μl处理好样品上样。加样后,倒上电泳缓冲液,立即进行电泳(恒压80V,进入分离胶后120V)。
③电泳结束后,取下凝胶,进行转膜。
④转膜后,使用5%脱脂牛奶封闭室温封闭1-2小时后,孵育一抗、TBST清洗三次、孵育二抗,TBST清洗3次。
⑤将发光液A液和B液按照1:1混合配制好,加入到PVDF膜表面,利用化学发光仪进行拍摄。结果见图5。
结果显示,发酵液内主要以重组胶原蛋白二聚体形式存在,单体易降解,分泌表达的重组胶原蛋白在菌体内有残留,同时,菌体内胶原蛋白单体较为稳定,不易发生降解。
(5)发酵胶原蛋白生物学活性分析
具体实验操作如下:
a)取生长状态良好的对数生长期的NIH/3T3细胞,每孔按2500个细胞接种至96孔板中;每组100μl并设置3个复孔,置于细胞培养箱中培养。
b)24小时后按照表1分组加入胶原蛋白发酵液。
c)培养48h后,观察细胞增殖情况,显微镜拍照(见图6);
d)弃含测试物培养基,每孔加入新鲜配制的含10μl的细胞活性检测液CCK8的培养基。
e)置于培养箱中继续培养4h后,使用酶标仪检测各个孔波长450nm的吸光度OD值。
f)数据分析:取实验结果的平均值作为最终实验结果,以NC作为对照,统计分析(见图7)。
通过细胞实验测试,发酵液重组胶原蛋白具有良好的促进细胞贴壁增殖的生物学活性(图6~7)。
表1分组
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
序列表
<110> 广州赛莱拉干细胞科技股份有限公司 广东省赛莱拉干细胞研究院
<120> 一种重组人源Ⅲ型胶原蛋白及其应用
<130> MP21008684
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 508
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
Gly Ser Pro Gly Gly Pro Gly Ser Asp Gly Lys Pro Gly Pro Arg Gly
1 5 10 15
Ser Gln Gly Glu Ser Gly Arg Pro Gly Pro Arg Gly Pro Ser Gly Pro
20 25 30
Arg Gly Gln Pro Gly Val Met Gly Phe Pro Gly Pro Lys Gly Asn Asp
35 40 45
Gly Ala Pro Gly Lys Asn Gly Glu Arg Gly Gly Pro Gly Gly Pro Gly
50 55 60
Pro Gln Gly Pro Arg Gly Lys Asn Gly Glu Thr Gly Pro Gln Gly Pro
65 70 75 80
Arg Gly Pro Thr Gly Pro Gly Gly Asp Lys Gly Asp Thr Gly Pro Arg
85 90 95
Gly Pro Gln Gly Leu Gln Gly Leu Pro Gly Thr Gly Gly Pro Arg Gly
100 105 110
Glu Asn Gly Lys Pro Gly Glu Pro Gly Pro Lys Gly Ser Pro Gly Gly
115 120 125
Pro Gly Ser Asp Gly Lys Pro Gly Pro Arg Gly Ser Gln Gly Glu Ser
130 135 140
Gly Arg Pro Gly Pro Arg Gly Pro Ser Gly Pro Arg Gly Gln Pro Gly
145 150 155 160
Val Met Gly Phe Pro Gly Pro Lys Gly Asn Asp Gly Ala Pro Gly Lys
165 170 175
Asn Gly Glu Arg Gly Gly Pro Gly Gly Pro Gly Pro Gln Gly Pro Arg
180 185 190
Gly Lys Asn Gly Glu Thr Gly Pro Gln Gly Pro Arg Gly Pro Thr Gly
195 200 205
Pro Gly Gly Asp Lys Gly Asp Thr Gly Pro Arg Gly Pro Gln Gly Leu
210 215 220
Gln Gly Leu Pro Gly Thr Gly Gly Pro Arg Gly Glu Asn Gly Lys Pro
225 230 235 240
Gly Glu Pro Gly Pro Lys Gly Ser Pro Gly Gly Pro Gly Ser Asp Gly
245 250 255
Lys Pro Gly Pro Arg Gly Ser Gln Gly Glu Ser Gly Arg Pro Gly Pro
260 265 270
Arg Gly Pro Ser Gly Pro Arg Gly Gln Pro Gly Val Met Gly Phe Pro
275 280 285
Gly Pro Lys Gly Asn Asp Gly Ala Pro Gly Lys Asn Gly Glu Arg Gly
290 295 300
Gly Pro Gly Gly Pro Gly Pro Gln Gly Pro Arg Gly Lys Asn Gly Glu
305 310 315 320
Thr Gly Pro Gln Gly Pro Arg Gly Pro Thr Gly Pro Gly Gly Asp Lys
325 330 335
Gly Asp Thr Gly Pro Arg Gly Pro Gln Gly Leu Gln Gly Leu Pro Gly
340 345 350
Thr Gly Gly Pro Arg Gly Glu Asn Gly Lys Pro Gly Glu Pro Gly Pro
355 360 365
Lys Gly Ser Pro Gly Gly Pro Gly Ser Asp Gly Lys Pro Gly Pro Arg
370 375 380
Gly Ser Gln Gly Glu Ser Gly Arg Pro Gly Pro Arg Gly Pro Ser Gly
385 390 395 400
Pro Arg Gly Gln Pro Gly Val Met Gly Phe Pro Gly Pro Lys Gly Asn
405 410 415
Asp Gly Ala Pro Gly Lys Asn Gly Glu Arg Gly Gly Pro Gly Gly Pro
420 425 430
Gly Pro Gln Gly Pro Arg Gly Lys Asn Gly Glu Thr Gly Pro Gln Gly
435 440 445
Pro Arg Gly Pro Thr Gly Pro Gly Gly Asp Lys Gly Asp Thr Gly Pro
450 455 460
Arg Gly Pro Gln Gly Leu Gln Gly Leu Pro Gly Thr Gly Gly Pro Arg
465 470 475 480
Gly Glu Asn Gly Lys Pro Gly Glu Pro Gly Pro Lys Gly Pro Pro Gly
485 490 495
Pro Cys Cys Gly Gly Gly His His His His His His
500 505
<210> 2
<211> 1527
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
ggttctccag gtggtccagg ttctgatggt aaaccaggtc ctagaggttc tcaaggtgaa 60
tctggtagac caggtccaag aggtccatct ggtcctagag gacaaccagg tgttatgggt 120
ttcccaggtc ctaagggtaa tgatggtgct cctggtaaaa acggtgaaag aggtggtcca 180
ggaggtccag gtccacaagg tcctagaggt aaaaacggag aaactggtcc acaaggacca 240
agaggtccta ctggtccagg tggtgacaag ggtgacactg gtccaagagg accacaaggt 300
ttgcaaggtt tgcctggtac tggtggtcct agaggtgaaa atggtaaacc tggtgaacct 360
ggtcctaaag gttctccagg aggtcctggt tctgatggaa aacctggtcc aagaggttct 420
cagggtgaat ctggaagacc aggtcctaga ggtccatccg gtccaagagg tcaaccaggt 480
gtcatgggtt ttccaggtcc aaagggtaac gatggtgctc caggtaaaaa cggtgagaga 540
ggtggtcctg gtggtccagg tcctcaaggt ccaagaggta aaaatggtga aactggtcct 600
caaggaccta gaggtcctac cggtccaggt ggagataaag gtgacactgg acctagagga 660
ccacagggtt tgcaaggatt gcctggtacc ggtggtccaa gaggtgaaaa cggtaaacca 720
ggagaaccag gtcctaaagg atctccaggt ggacctggtt ctgacggtaa accaggtcca 780
agaggttccc aaggtgaatc cggtagacca ggaccaagag gaccttctgg tcctagaggt 840
caacctggtg ttatgggatt tcctggtcct aagggaaatg atggtgcccc aggtaaaaat 900
ggagaaagag gtggacctgg aggtccagga ccacaaggac ctagaggtaa aaacggtgaa 960
actggaccac aaggtccaag aggtcccact ggtccaggag gagataaagg agatactggt 1020
ccaagaggtc ctcaaggttt gcagggtttg cctggaactg gtggtccaag aggtgagaat 1080
ggtaaaccag gtgaaccagg tccaaaaggt tctcctggtg gtcctggatc tgatggtaaa 1140
cctggaccta gaggttccca gggtgaatcc ggaagaccag gacctagagg tccctctggt 1200
cctagaggtc agccaggtgt tatgggtttt cctggtccaa agggaaacga tggtgcccct 1260
ggtaaaaatg gtgagagagg aggtccaggt ggtcctggtc ctcaaggtcc tagaggtaaa 1320
aatggtgaaa ccggtccaca aggtcccaga ggtcctacag gtccaggtgg tgacaaaggt 1380
gacaccggtc caagaggtcc acaaggtctt caaggtttgc caggtactgg tggaccaaga 1440
ggtgaaaacg gaaaacctgg agaacctggt ccaaaaggac ctccaggtcc ttgttgtggt 1500
ggtggtcatc atcatcatca ccattaa 1527
Claims (10)
1.一种重组人源Ⅲ型胶原蛋白,其特征在于,具有如SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列;或具有在SEQ ID NO.1所示氨基酸序列中取代、缺失或添加氨基酸且蛋白活性不发生改变的氨基酸序列。
2.根据权利要求1所述的重组人源Ⅲ型胶原蛋白,其特征在于,所述取代、缺失或添加的氨基酸为一个或多个。
3.根据权利要求1所述的重组人源Ⅲ型胶原蛋白,其特征在于,所述重组人源Ⅲ型胶原蛋白的C端还包括标签序列;
优选地,所述标签序列为6×His标签。
4.编码权利要求1~3任一项所述重组人源Ⅲ型胶原蛋白的核酸,其特征在于,其核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。
5.重组载体,包含权利要求4所述核酸的重组载体。
6.转化有权利要求5所述重组载体的宿主。
7.根据权利要求6所述的宿主,其特征在于,所述宿主为毕赤酵母,优选为巴斯德毕赤酵母。
8.权利要求1~3任一项所述的重组人源Ⅲ型胶原蛋白、权利要求4所述的核酸、权利要求5所述的重组载体或权利要求6~7任一项所述的宿主在制备抗衰老、保湿产品中的应用。
9.一种产品,其特征在于,包括权利要求1~4任一项所述的重组人源Ⅲ型胶原蛋白。
10.根据权利要求9所述的产品,其特征在于,所述产品的剂型为片剂、粉针剂、颗粒剂、口服液、注射液或胶囊。
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