JP5299885B2 - Hcv陽性肝細胞癌の発癌・再発に関連する遺伝子 - Google Patents
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本発明者は、肝細胞癌の再発リスクを決める因子を分子レベルで明らかにする目的で、早期の肝細胞癌症例で、切除術後再発しやすい症例としにくい症例との間に、残肝組織の分子レベルにおける遺伝子発現の違いの有無を探索した。一般に、再発リスクの同様の探索は、切除肝組織の癌部を用いて行われている(Iizuka N, Oka M, Yamada-Okabe H, Nishida M, Maeda Y, Mori N, Takao T, et al.Oligonucleotide microarray for prediction of early intrahepatic recurrence of hepatocellular carcinoma after curative resection. Lancet 2003;361:923-929.)。しかし、本発明者は、残肝組織の再発リスク情報に注目し、この残肝組織とほぼ同じ再発リスク情報を有すると考えられる切除肝組織の非癌部を用いて上記検討を行った。すなわち、本発明者は、切除癌組織ではなく、非癌部組織における再発リスクの違いによる遺伝子発現の特徴を包括的に探索した。
慢性肝炎を伴うHCV陽性肝細胞癌の再発早期症例及び再発遅延症例の非癌部における遺伝子の発現量をそれぞれ測定し、前記再発遅延症例よりも前記再発早期症例において発現が亢進している遺伝子を選択することを特徴とする、前記方法。
慢性肝炎を伴うHCV陽性肝細胞癌の再発早期症例及び再発遅延症例の非癌部における遺伝子の発現量をそれぞれ測定し、前記再発早期症例よりも前記再発遅延症例において発現が亢進している遺伝子を選択することを特徴とする、前記方法。
肝硬変を伴うHCV陽性肝細胞癌の再発早期症例及び再発遅延症例の非癌部における遺伝子の発現量をそれぞれ測定し、前記再発遅延症例よりも前記再発早期症例において発現が亢進している遺伝子を選択することを特徴とする、前記方法。
肝硬変を伴うHCV陽性肝細胞癌の再発早期症例及び再発遅延症例の非癌部における遺伝子の発現量をそれぞれ測定し、前記再発早期症例よりも前記再発遅延症例において発現が亢進している遺伝子を選択することを特徴とする、前記方法。
なお、本明細書において引用した文献、および公開公報、特許公報その他の特許文献は、参照として本明細書に組み込むものとする。また、2005年8月12日に出願し、本願優先権主張の基礎となる日本国特許出願第2005-234915号の開示内容は、その全体が参照として本明細書に組み入れられる。
本発明は、HCV陽性肝細胞癌の発癌・再発に関連する遺伝子をスクリーニングする方法、及び当該遺伝子のプローブを搭載したマイクロアレイに関する。
本発明のスクリーニング方法は、主に以下の3点の特徴を有する。
第一の点は、再発リスクの違いによる遺伝子発現の特徴を、従来の切除癌組織ではなく、非癌部組織から包括的に探索する点である。切除非癌部組織における遺伝子発現は、残肝部分における遺伝子発現と同様であるといえる。切除癌組織での遺伝子発現パターンが再発リスクと関連する場合は、再発が切除癌と同じ癌、すなわち転移である場合に限る。肝細胞癌の多中心性発癌機構を鑑みると、初期段階の肝細胞癌症例では、再発に転移の可能性は極めて低い。ステージI,IIの肝細胞癌症例の残肝部分での遺伝子発現パターンは、切除癌組織での遺伝子発現パターンよりも再発リスクと関連していると考えられることから、本発明では、非癌部組織を用いることで、より正確な再発に関連する遺伝子解析をすることができる。
本発明の方法は、C型肝炎ウイルス(HCV)陽性肝細胞癌(「C型肝細胞癌」ともいう)の非癌部において遺伝子の発現解析を行うことで、C型肝細胞癌の再発に関連する遺伝子をスクリーニングするというものである。すなわち、本発明の方法は、C型肝細胞癌症例を対象としている。
本発明において、C型肝細胞癌症例は、肝硬変(LC)を伴う症例と伴わない症例とに分類される。
また、本発明において、C型肝細胞癌症例は、再発の難易によって分類される。すなわち、C型肝細胞癌症例は、C型肝細胞癌の再発時期によって、再発早期症例群(「Early」と称する場合がある)と、再発遅延症例群(「Late」と称する場合がある)とに分類される。
(1)非癌部
上記のように分類した各症例について、非癌部における遺伝子の発現量を測定する。非癌部は、患者から得られた肝臓の非癌部であれば、C型肝細胞癌の切除術時に採取した肝臓の一部であってもよいし、あるいは、バイオプシ等により採取したものであってもよい。本発明において、非癌部組織は、採取後に液体窒素またはフリーザーで凍結保存したものを使用することもできる。非癌部への癌部の混入を防ぐために、また、転移による再発症例を除くために、単発症例に限ることが好ましい。採取した組織が非癌部か癌部かの判断は、当業者であれば肉眼所見およびヘマトキシリンエオジン染色標本の顕微鏡観察等により、容易に判断することができる。
本発明のスクリーニング方法において、非癌部における遺伝子の発現量は、mRNAの量またはタンパク質の量を指標にすることができるが、多種の遺伝子の発現量を測定するために、測定操作の簡便なmRNA量を指標にすることが好ましい。本発明において、非癌部のmRNA量は、マイクロアレイ(DNAチップ)またはリアルタイムPCRなどを用いて測定することができる。
C型肝細胞癌症例由来の非癌部組織から、公知の方法によってtotal RNAを抽出する。例えば、非癌部組織約0.1gにTrizol (Invitrogen, Carsbad, CA)を2 ml加え、ポリトロンでホモゲナイズ後、取り扱い説明書に従いtotal RNAを抽出することができる。Total RNAの質的評価を行うため、Agilent Bioanalyzer 2100 (Agilent Technologies, Palo Alto, CA)のRNA 6000 nano assay chipを用いて電気泳動解析を行ってもよい。また、total RNAからオリゴd(T)カラムを用いてmRNAを抽出してもよい。
得られたtotal RNAまたはmRNAは、以下の解析に用いることができる。
(3)で抽出したtotal RNAを用いて、例えば、ビオチン、Cy3、Cy5等で標識したcRNAを合成する。標識cRNAは、当業者であれば公知の方法で合成することができる。例えば、Affymetrix GeneChip expression analysisのマニュアルに従ってビオチン標識cRNAを合成することもできし、一部改変して実施例1のように合成することもできる。また、標識cRNAはmRNAから合成することもできる。
リアルタイムPCRで解析するcDNAをtotal RNAまたはmRNAから調製する前に、(3)で抽出したRNAに混在するDNAを除くため、DNase I 処理を行うことが好ましい。例えば、total RNA 20μgに対しDNase I (Takara, Shiga, Japan) 10 unitを加え、50μl中で37℃, 20 min反応後、TrizolにてRNAを精製することができる。
(http://frodo.wi.mit.edu/cgi-bin/primer3/primer3_www.cgi)を用いて設計することができる。
本発明においては、遺伝子発現を、免疫組織化学又はイムノアッセイを利用して定量することができる。
例えば、免疫組織化学の場合は、遺伝子産物のタンパク質全体あるいは一部を合成し免疫抗体を作製する。切除肝組織を薄切切片として 固定、ブロッキング後、免疫抗体を1次抗体として反応させる。洗浄後、蛍光標識または酵素標識した2次抗体を反応させ、蛍光顕微鏡で観察するか、あるいは酵素反応による発色を光学顕微鏡で観察する。遺伝子産物発現細胞を染色陽性細胞としてカウントまたは画像解析により染色性を定量し、その陽性率または定量値で発現定量する。。
また、ELISAの場合は、 切除肝組織を溶解溶液でホモゲナイズし、遠心上清を抗原ソースとして用いる。イムノアッセイプレートに上記免疫抗体をはり付け、ブロッキング後抗原検体を反応させる。洗浄後免疫抗体を1次抗体として再度反応させ、上記と同様標識2次抗体を反応させる。検出は蛍光光度計、あるいは比色計で定量値として読みとる。
(1)再発関連遺伝子
本発明において、C型肝細胞癌の再発早期症例の非癌部または再発遅延症例の非癌部において遺伝子発現量の変動した遺伝子を、C型肝細胞癌の発癌・再発関連遺伝子とする。なお、本明細書において、発癌・再発関連遺伝子を、単に「再発関連遺伝子」と記載する場合がある。再発関連遺伝子には、再発早期症例の非癌部において再発遅延症例よりも遺伝子発現量が亢進した遺伝子、または再発遅延症例の非癌部において再発早期症例よりも遺伝子発現量が亢進した遺伝子が含まれる。ここで、再発早期症例の非癌部、及び再発遅延症例の非癌部で発現亢進した遺伝子は、それぞれ、再発遅延症例の非癌部、及び再発早期症例の非癌部で発現低下した遺伝子と同じ意味である。
本発明において、再発関連遺伝子は、慢性肝炎症例または肝硬変症例毎にスクリーニングすることが好ましい。
再発関連遺伝子の選択は、上記の遺伝子の発現量の測定方法のうち、マイクロアレイまたはリアルタイムPCRの一方を実施し、発現量の変動した遺伝子を選択してもよいし、これらの方法を組み合わせて実施し、いずれかの方法または両方の方法で発現量の変動した遺伝子を選択してもよい。好ましくは、マイクロアレイで網羅的に遺伝子の発現量を測定した後、発現量の変動した遺伝子を再発関連遺伝子候補と位置づける。そして、この再発関連遺伝子候補についてリアルタイムPCRを実施して、リアルタイムPCRにおいても発現量が変動した遺伝子をC型肝細胞癌再発関連遺伝子として選択することができる。すなわち、マイクロアレイで再発関連遺伝子候補を検出し、リアルタイムPCRで候補遺伝子を検証し、再発関連遺伝子を選択することが好ましい。
(i) マイクロアレイで遺伝子の発現量を測定した結果を利用して、再発関連遺伝子またはその候補遺伝子を選択する場合、P (present) flagの有無を指標の一つに用いることができる。P flagは発現の確認されたプローブに付される印である。例えば、あるプローブについて、複数枚のマイクロアレイのうち少なくとも1枚においてP flagの付されたプローブを、すべて選択することができる。また、あるプローブについて、複数枚のマクロアレイの全部においてP flagの付されたプローブのみを選択することもできる。選択されたプローブに対応する遺伝子が目的の遺伝子である。
本発明は、再発関連遺伝子のプローブを搭載したマイクロアレイ、再発関連遺伝子を発現させて得られるタンパク質を搭載したELISA用プレート、及び再発関連遺伝子を発現させて得られるタンパク質が基板上に固定されたプロテインチップを提供する。
本発明により、配列番号1〜配列番号115のいずれか、好ましくは配列番号1〜配列番号97で表される塩基配列を含有する遺伝子からなる群から選択される1以上の遺伝子のプローブが搭載された慢性肝炎症例用のマイクロアレイが提供される。
(i) 配列番号1〜配列番号52:慢性肝炎症例の再発遅延群に発現亢進する遺伝子(CHLa47、実施例2、表3)、
(ii) 配列番号53〜配列番号65:慢性肝炎症例の再発早期群に発現亢進する遺伝子(CHEa13、実施例2、表4)、
(iii) 配列番号66〜配列番号88:慢性肝炎症例の再発遅延群に発現亢進する遺伝子(CHLb17、実施例4、表7.1)、および
(iv) 配列番号89〜配列番号97:慢性肝炎症例の再発早期群に発現亢進する遺伝子(CHEb9、実施例4、表7.1)
である。
本発明により、配列番号1〜配列番号115、好ましくは配列番号98〜配列番号115のいずれかで表される塩基配列を含有する遺伝子からなる群から選択される1以上の遺伝子のプローブが搭載された肝硬変症例用のマイクロアレイが提供される。
(v) 配列番号98〜配列番号107:肝硬変症例の再発遅延群に発現亢進する遺伝子(LCL9、実施例3、表5)、および
(vi) 配列番号108〜配列番号115:肝硬変症例の再発早期群に発現亢進する遺伝子(LCE8、実施例3、表6)
である。
本発明のマイクロアレイを用いて、C型肝細胞癌患者について、肝細胞癌が早期に再発するタイプか、又は再発が遅延するタイプかを推定することができる。
測定サンプルは、例えば、肝細胞癌の摘出術時に採取される非癌部組織、又はバイオプシなどにより採取された非癌部組織を使用することができる。採取された非癌部組織から、上記「3.遺伝子の発現量の測定」に記載した方法により、遺伝子の発現量を本発明のマイクロアレイ、ELISA用プレート又はプロテインチップを用いて、あるいは免疫組織化学を利用して解析することができる。
(1)total RNAの抽出
非癌部組織約0.1gにTrizol (Invitrogen, Carsbad, CA)を2μl加え、ポリトロンでホモゲナイズ後、取り扱い説明書に従いtotal RNAを抽出した。Total RNAの質的評価を行うため、Agilent Bioanalyzer 2100 (Agilent Technologies, Palo Alto, CA)のRNA 6000 nano assay chipを用いて電気泳動解析を行った。
20症例のtotal RNAを用いて、ビオチン標識cRNAを合成した。Affymetrix GeneChip expression analysisのマニュアルを一部改変して次のように行った。10μgのtotal RNAを用いてRNase inhibitor存在下、42℃, 2 hrにてfirst strand cDNAを合成した。マニュアルに従ってsecond strand cDNAを合成後、半分量を用いてMEGAscript T7 kit (Ambion, Austin, TX)を基本にした反応液でbiotin-cRNAを合成した。すなわち、75 mM ATP、GTP各4μl、75 mM CTP、UTP各3μl、T7 10x reaction buffer 4μl、T7 enzyme 4μl, 10 mM biotin-11-CTP (PerkinElmer Life Sciences, Boston, MA) 7.5μl、10 mM biotin-16-UTP (Roche Diagnostics, Basel, Switzerland) 7.5μl、200 unit/μl T7 RNA polymerase (Ambion) 1μl、40 unit/μl RNase inhibitor 1μlおよびsecond strand cDNAを含む43μlの反応液を37℃で9 hrインキュベートし、in vitro transcriptionを行った。その後、biotin-cRNAはRNeasy MiniElute cleanup kit (Qiagen, Hilden, Germany)を用いて精製した。cRNAのfragmentationをマニュアルに従い行った。
抽出したRNAに混在するDNAを除くため、DNase I 処理を行った。Total RNA 20μgに対しDNase I (Takara, Shiga, Japan) 10 unitを加え、50μl中で37℃, 20 min反応後、TrizolにてRNAを精製した。DNase I処理後のRNA 10μgを用いて、random primerとAMV reverse transcriptase XL (Life Sciences, Gaithersurg, MD) 25 unitを加え100μl中でcDNAを合成した。
(http://frodo.wi.mit.edu/cgi-bin/primer3/primer3_www.cgi)を用いてデザインした。表9に各遺伝子のプライマー配列およびアニーリング温度を示す。2群間の有意差検定はMann-Whitney U検定を用いた。
CH症例を、術後から肝細胞癌再発までの期間が14ヶ月以内の症例を再発早期症例群とし、術後から再発までの期間が36ヶ月以上の症例を再発遅延症例群と設定した。CH症例15例のうち、再発早期症例群の5例と再発遅延症例群の6例の計11例から慢性肝炎再発関連遺伝子のスクリーニングを行った(図1)。
術後から肝細胞癌再発までの期間が12ヶ月以内のLC症例を再発早期症例群とし、術後から再発までの期間が37ヶ月以上のLC症例を再発遅延症例群と設定した。LC症例22例のうち、再発早期症例群の5例と再発遅延症例群の4例の計9例から肝硬変症例再発関連遺伝子のスクリーニングを行った(図1)。
術後から肝細胞癌再発までの期間が36ヶ月以内のCH症例を再発早期症例とし、術後から再発までの期間が65ヶ月以上のCH症例を再発遅延症例群と設定した。CH症例15例のうち、再発早期症例群の7例と再発遅延症例群の4例の計11例から慢性肝炎再発関連遺伝子のスクリーニングを行った(図1)。
実施例2〜4で示した3つの2群間比較から求められた再発関連遺伝子(CHa、LC、CHb)について重複を検討した。
結果を図5に示す。慢性肝炎(CHa、CHb)と肝硬変(LC)では重複する遺伝子はなかった。異なる2群分類を行った慢性肝炎では、4遺伝子が共通に抽出された。なお慢性肝炎遅延遺伝子の1つが、肝硬変早期遺伝子として抽出されていた。
実施例2で得られた再発関連遺伝子(CHa)が、症例の再発リスクについて正しく分類できる遺伝子であるかを検証するために、クラスター分類を行った。
慢性肝炎の候補遺伝子64プローブの発現パターンから症例のクラスター分類を行うと、慢性肝炎11例の遅延群6例と早期群5例とは正しく2群に分類された(図6)。しかし同じ遺伝子発現パターンを用いて肝硬変症例をクラスター分類すると、2群に正しく分類されなかった(図6)。
従って、この64プローブの発現パターンは慢性肝炎における再発リスクを予測できるものといえる。
実施例6と同様に、実施例3で得られた肝硬変の関連遺伝子についてもクラスター分類を試みた。
肝硬変の候補候補遺伝子17プローブの発現パターンから症例のクラスター分類を行うと、肝硬変9症例の遅延群4例と早期群5例とは、正しく2群に分類された(図7)。しかし同じ遺伝子発現パターンを用いて慢性肝炎症例をクラスター分類すると、2群に正しく分類されなかった(図7)。
従って、この17プローブの発現パターンは肝硬変における再発難易を予測できるものといえる。
実施例において用いたマイクロアレイのプローブは54675プローブであり、ヒトゲノムの遺伝子数を遙かに超えている。すなわち、1つの遺伝子に対し複数の転写産物が報告されていたり、機能は未知の短い転写産物が報告されていたりするため、54675プローブ中には、1つの遺伝子に対して複数のプローブが含まれている場合がある。そこでプローブの意味を知る目的から、マイクロアレイに用いられたプローブ配列を、遺伝子のDNA配列上どの位置にセットされていたかで5つのパターンに分類した(図8)。A, 遺伝子エキソン上に同方向、すなわち該当遺伝子のmRNAを検出;B, 該当遺伝子のエキソンを含むイントロン、またはイントロンのみ;C, 該当遺伝子の相補鎖;D, 該当遺伝子の3’末端を含むまたは含まない遺伝子外の配列;D,遺伝子が定義されていない領域として表3〜7にあげられた各遺伝子について、上記に従いプローブカテゴリーとして表記した。表8には抽出遺伝子のカテゴリー別集計を示した。A以外にもB,D,Eに分類されるプローブが検出されたが、これらが転写産物として機能するものであるか、今後検証することは有意義かもしれない。
図9にPCRデザインした遺伝子数(デザイン)と、リアルタイムPCRで定量可能であった遺伝子数(PCR可)と、その結果2群間において発現量の差を検証できた遺伝子数(検証可)を示す。2群間において発現量の差を検証できた遺伝子数には、2年以内に再発した再発早期群と3年以上未再発の再発遅延群との間で発現量の差が証明できた遺伝子数を示した。表9には用いたプライマー配列を、表10には、様々な2群間での有意差検定の結果を示す。
さらに、慢性肝炎再発関連遺伝子の一部について、肝硬変症例における発現をリアルタイムPCRで測定した。その結果を図9の括弧内に示す。但し図9の検証結果には、肝硬変再発早期群と慢性肝炎再発遅延群との2群間比較を示した。また表10の「Liver cirrhosis」「LC early : CH late」にも結果を示す。
上記の結果から、慢性肝炎で検出された再発関連遺伝子は、肝硬変症例内での再発早期群と遅延群との間で、有意な発現の差を示さなかった(表10「Liver cirrhosis」の欄、CH遺伝子は空欄となっている)。すなわち、慢性肝炎症例の再発関連遺伝子は、肝硬変症例の再発関連遺伝子にはならないことが示された。しかし、慢性肝炎再発遅延遺伝子のほとんどが、慢性肝炎早期群だけでなく、肝硬変症例の再発早期群に対しても、低発現を示した(表10「LC early: CH late」の欄の有意差を示したCHLa遺伝子18個)。従って、これらの遺伝子は、慢性肝炎であれ肝硬変であれ早期に再発する症例では、共通して発現低下を示す遺伝子であるといえる。これらの遺伝子発現を増強できれば、再発を予防できる可能性がある。再発予防を考える上に、示唆に富む遺伝子といえる。
再発関連遺伝子候補の抽出
肝硬変の有無で肝細胞癌症例を分類せず、肝細胞癌症例20例について20枚のマイクロアレイを用いて、再発関連遺伝子の探索を行った。
20枚のマイクロアレイで少なくとも1枚でP flagが出現する(発現有り)プローブは、31020個あり、再発難易による違い(10:10)で有意に発現量の異なる遺伝子を4つの異なる統計学的処理によって求めると約1000から2000プローブに絞られた。これらの解析で共通に見いだされたプローブは905個であった。2群間で発現量が2倍以上異なるプローブは140個有り、さらに発現の高い方で全てP flagが出現するものを選ぶと、3プローブしか選択することができなかった。
本実施例では、本発明の遺伝子の検証により適した内在性コントロール遺伝子を決定するために、肝蔵で一定レベルで発現する遺伝子を検討した。
肝臓病理組織学的な差異により発現変化しない遺伝子を選択するために、慢性肝炎、肝硬変および正常肝の症例より各8,8および10例を選択し、本実施例の対象症例とした。対象症例を選択するために、Agilent Bioanalyzer 2100でtotal RNAの質を確認し、RNA integrity number が7以上を示す症例を選択した。
本実施例により、本発明で用いる内在性コントロール遺伝子として、18s rRNA、GUSB、GAPDHが適していることが示された。
本実施例では、実施例2〜4で選択した遺伝子中の43遺伝子の発現について、リアルタイムPCRにより、再発早期および再発遅延に関する様々な2群間での有意差検定を行った。表13には、用いたプライマー配列を示す。また、表14、15および16には、内在性コントロール遺伝子として実施例9で選択した3つの遺伝子、18s rRNA、GUSBおよびGAPDHを用いたときの検定結果をそれぞれ示す。
43遺伝子の発現情報から、再発を予測する遺伝子の組合せを求めた。慢性肝炎症例を対象にして、再発早期群と再発遅延群との判別分析を行った。
対象症例は、(i) 慢性肝炎症例の再発遅延群と再発早期群との24例、(ii) 全例(慢性肝炎症例および肝硬変症例)の再発早期群と慢性肝炎症例の遅延群との44例および(iii) 全例の再発早期群と再発遅延群との55例とした。
再発早期群(2年以内再発)と再発遅延群(3年以上未再発)とを判別するために有効な遺伝子を判別関数として抽出したところ、4〜7遺伝子が選出された(表17)。下線は(i)と(ii)と(iii), (i)と(ii), (i)と(iii), (ii)と(iii)のいずれかに共通に抽出された遺伝子を示す。各判別関数で正しく判別できる精度を表17の下段に示した。表17の括弧内には、遺伝子名を記した。
Claims (2)
- 肝硬変を伴わず慢性肝炎を伴うHCV陽性肝細胞癌の再発検査を補助する方法であって、
配列番号1〜配列番号97のいずれかで表される塩基配列を含有する遺伝子からなる群から選択される1以上の遺伝子のプローブを搭載したマイクロアレイを用い、
採取した非癌部組織において、
配列番号1〜配列番号52および配列番号66〜88のいずれかで表される塩基配列を含有する遺伝子からなる群から選択される1以上の遺伝子の発現量が亢進する場合、慢性肝炎を伴うHCV陽性肝細胞癌の再発は術後3年以上経過後であると予想し、
配列番号53〜配列番号65および配列番号89〜97のいずれかで表される塩基配列を含有する遺伝子からなる群から選択される1以上の遺伝子の発現量が亢進する場合、慢性肝炎を伴うHCV陽性肝細胞癌の再発は術後36カ月以内であると予想する、
前記方法。 - 肝硬変を伴うHCV陽性肝細胞癌の再発検査を補助する方法であって、
配列番号98〜配列番号115のいずれかで表される塩基配列を含有する遺伝子からなる群から選択される1以上の遺伝子のプローブを搭載したマイクロアレイを用い、
採取した非癌部組織において、
配列番号98〜配列番号107のいずれかで表される塩基配列を含有する遺伝子からなる群から選択される1以上の遺伝子の発現量が亢進する場合、肝硬変を伴うHCV陽性肝細胞癌の再発は術後3年以上経過後であると予想し、
配列番号108〜配列番号115のいずれかで表される塩基配列を含有する遺伝子からなる群から選択される1以上の遺伝子の発現量が亢進する場合、肝硬変を伴うHCV陽性肝細胞癌の再発は術後12カ月以内であると予想する、
前記方法。
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