JPH0665317B2 - trpオペロンのシヤイン‐ダルガーノ配列と開始コードンとの間のDNA配列におけるタンパク質発現を増大させるための改変 - Google Patents

trpオペロンのシヤイン‐ダルガーノ配列と開始コードンとの間のDNA配列におけるタンパク質発現を増大させるための改変

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JPH0665317B2
JPH0665317B2 JP61089832A JP8983286A JPH0665317B2 JP H0665317 B2 JPH0665317 B2 JP H0665317B2 JP 61089832 A JP61089832 A JP 61089832A JP 8983286 A JP8983286 A JP 8983286A JP H0665317 B2 JPH0665317 B2 JP H0665317B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、大腸菌由来のtrp発現系を含むベクターを
用いた、一般にコード可能なアミノ酸から構成されるポ
リペプチドの製造技術に関する。
trpオペロンの調節配列は、大腸菌における真核生物
のタンパク質の発現のためにしばしば使用される。tr
pオペロンのプロモーター及びオペレーターを含むDN
A断片は、現在商業的に入手可能である。
trpオペロンの調節配列の改変については既に開示さ
れていた。例えば、セラチア・マルセセンス(Serratia
marcescens)由来trpオペロンの調節因子であるヌ
クレオチド配列において、リボソーム結合部位と開始コ
ードンとの間にHindIII切断部位を組込みうる可能
性のあることが、たとえば西独公開第3,247,92
2号明細書(南アフリカ特許第83/9519号及び公
開オーストラリア特許出願第183/22832号に対
応する)に記載されている。ClaI切断部位を大腸菌
の対応配列に挿入することは、ジェイ・シー・エドマン
ら、ネーチャー、第291巻、1981年、第503−
506頁〔J.C.Edman etal.,Nature 291(1981)503-50
6〕に開示されている。しかしながら、この改変によっ
て、自然配列と比較してリボソーム結合部位と開始コー
ドンとの間のヌクレオチド数が変わることになる。
本発明の概要 制限酵素の切断部位を、ヌクレオチド数を変えずに一つ
のヌクレオチドを置換することによって、リボソーム結
合部位と開始コードンとの間のDNA配列に挿入するこ
とが可能であることが見出された。本発明では、開始コ
ードンのすぐ上流に位置するヌクレオシドアデノシンが
シチジンに置換されている。
このように、本発明は大腸菌trpオペロンの改変DN
A断片に関連しており、この断片はシャイン−ダルガー
ノ(Shine-Dalgarno)配列と第一開始コードンとの間に
位置するものであって、下記のDNA配列Iを有するも
のである。
5′GTATCGACC 3′ (I) 3′CATAGCTGG 5′ この配列Iは、上部鎖の5′末端で下記のtrpオペロ
ンのシャイン−ダルガーノ配列(RNAの段階では、現
実のリボソーム結合部位に対応)と結合し、上部鎖の
3′末端で開始コードンATGと結合している。
5′AAGG 3′ 3′TTCC 5′ 本発明における配列Iは、「コーディング鎖」と称され
る上部鎖のみについて、下記のように明確化を期して示
されるように、天然大腸菌配列及び前記エドマンらによ
り開示された配列と比較される。
大腸菌 GTA TCG ACA エドマンら GTA TCG A 配列I GTA TCG AC (大腸菌配列との違いは下線部分である。) 天然配列におけるAをCとする本発明による置換によれ
ば、下記の利点が得られる。
ヌクレオシドグアノシンを開始コードンATGの下流に
結合させれば、制限酵素NcoIについての認識配列が
形成される。
C↓CATGG この切断部位のおかげで、例えば下式IIの合成オリゴヌ
クレオチドを用いることにより、開始コードンのすぐ隣
にDNAを挿入することが可能になる。
5′CATGX……3′ (II) 3′ Y……5′ (上記式中、X及びYは構造遺伝子の開始コードン下流
における最初の相補的ヌクレオチド対を表わす) この式においてXがGを表わし、YがCを表わす場合
は、NcoI切断部位は結合生成物中に残存する。逆
に、例えば合成リンカーが挿入され、その突出配列5′
CATG3′が別のヌクレオチドと結合することになる
ならば、NcoI切断部位は消失するものの、一方では
開始コードンの下流の最初のアミノ酸は各種多様のもの
に変えることができる。
勿論、NcoIで切断されたDNAの突出末端を、例え
ばクレノウポリメラーゼを用いて酵素的に埋填し、更に
このようにして得られた配列III: 5′GTA TCG ACC ATG 3′ (II
I) 3′CAT AGC TGG TAC 5′ の平滑(ブラント)末端DNAを、平滑末端配列IV: 5′ X……3′ (IV) 3′ Y……5′ と結合させて、DNA配列V: 5′ GTA TCG ACC ATG X……3′
(V) 3′ CAT AGC TGG TAC Y……5′ (X及びYは前記の意味を有する) を得ることも可能である。発現すべき特定の構造遺伝子
のための開始コードンは、この場合では更に必要とはさ
れない。これは、例えば、N末端が短くなったタンパク
質を製造するためには好ましいものである。
他の可能性は突出末端を酵素的に分解することであっ
て、それによって同様に平滑末端DNA配列VI: 5′ GTA TCG AC 3′ (VI) 3′ CAT AGC TG 5′ を得て、これを平滑末端配列VII: 5′ Z ATG X……3′ (VII) 3′ Z′ TAC Y……5′ と結合して、DNA配列VIII: 5′ GTA TCG ACZ ATG X……3′
(VIII) 3′ CAT AGC TGZ′ TAC Y……5′ (Z及びZ′は所望のヌクレオチド対を表わすが、これ
らは省略することもできる) とすることができる。天然大腸菌配列は、Z及びZ′が
それぞれA及びTを表わす場合に形成される。
これらが様々なクローニングの可能性を有していること
の他に、本発明では構造遺伝子の発現量が著しい程にま
で改善されるという利点を生じる本発明においては、大
腸菌由来のtrpオ発現系を含むベクターの製造法が関
連する。その方法は、DNA配列I(コーディング鎖)
とそれに続く5′ATGG3′を含む大腸菌ベクターを
制限酵素NcoIで切断し、更に、 a)DNA配列IIの構造遺伝子をこの切断部位に結合させ
るか、あるいは b)この切断部位を酵素的に埋填して、配列IIIのDNA
を配列IVのDNAと結合させるか、あるいはc)この切
断部位の突出配列を酵素的に分解し、配列VIのDNAを
配列VIIのDNAと結合させる、ことからなる。
本発明においては、上記の方法により得られたベクター
を含む大腸菌宿主生物が関連する。本発明は、一般にコ
ード可能なアミノ酸からなるポリプチドの製造法に関す
るものであって、この方法は上記のベクターで形質転換
された大腸菌細胞による発現を公知の方法で誘発させる
ことからなるものである。
すなわち、本発明による上記ポリペプチドの製造は、下
記の工程(i)および(ii)からなるものである。
(i)下記のコーディング鎖DNA配列I: 5′GTATCGACC 3′ (I) とそれに続く5′ATGG3′とを含む大腸菌のベクタ
ーを制限酵素NcoIで切断し、更に、 a)この切断部位において、下記のDNA配列II: 5′CATGX…3′ (II) 3′ Y…5′ (上記式中、XおよびYは構造遺伝子の開始コードンの
下流における最初の相補的ヌクレオチド対を表わす) の遺伝子構造物を結合させるか、あるいは b)この切断部位を酵素的に埋填し、下記の配列IIIのD
NA: 5′ GTA TCG ACC ATG 3′ (II
I) 3′ CAT AGC TGG TAC 5′ を下記の配列IVのDNA: 5′X…3′ (IV) 3′Y…5′ (上記式中、XおよびYは上記の意味を有する) と結合させるか、あるいは c)この切断部位における突出配列を酵素的に分解し、下
記の配列VIのDNA: 5′ GTA TCG AC 3′ (VI) 3′ CAT AGC TG 5′ を下記の配列VIIのDNA: 5′ Z ATG X…3′ (VII) 3′ Z′ TAC Y…5′ (ZおよびZ′は所望のヌクレオチド対を表わすが、こ
れらは省略することもできる) と結合させる、ことによって作製した大腸菌のtrp発
現系を有するベクターで大腸菌細胞を形質転換するこ
と。
(ii)この大腸菌細胞における発現を誘発させること。
本発明の他の面及びそれらの好ましい態様は、以下で詳
細に説明されており、しかも特許請求の範囲において掲
げられている。
発明の具体的説明 本発明の具体的態様は、trpプロモーターと同じよう
に配向するβ−ラクタマーゼプロモーターを有し、アン
ピシリン耐性をもつベクターからなる。即ち、このベク
ターは、本発明に従って改変されたtrpオペロンであ
るため、開始コードン下流の遺伝子の極めて顕著な発現
とβ−ラクタマーゼ誘導の可能性とが以外なことに生じ
ているのである。β−ラクタマーゼ濃度が高まると比較
的高濃度のアンピシリンに対しても耐性を示すため、そ
れを利用して選別するもう一つの可能性が開けてくる。
これにより、発現すべき各タンパク質についてリボソー
ム結合部位領域におけるヌクレオチドが特に好ましいプ
ロモーター変異ないし改変を起こしたか否かを調べるこ
とが迅速になるのである。
β−ラクタマーゼの同時的形成は望まれないがアンピシ
リン耐性をもつベクターを利用しようとする場合は、所
望のポリペプチドについての構造遺伝子とβ−ラクタマ
ーゼについての構造遺伝子との間にターミネーターを挿
入することによって、その同時的形成を抑制することが
できる。したがって、本発明のこの点におけるもう一つ
の態様は、上記遺伝子間に適切なターミネーター、好ま
しくは細菌性ターミネーター、を挿入することからな
る。trpオペロンのターミネーターが特に適切であ
り、例えば構造遺伝子における停止コードン(2種以上
の停止コードン)の下流か、又はβ−ラクタマーゼオペ
ロンのすぐ上流に存在する10〜20個のヌクレオチド
のような適切な部位に組込まれる。
本発明におけるtrpプロモーター/オペレーターをも
つ遺伝子構成体は、大腸菌内で複製されるすべてのプラ
スミドの中に組込むことができる。商業的に利用可能な
大腸菌ベクター、例えばpBR322、pBR325、
pACYC177、pACYC184、pUC8及びそ
れらの誘導体を使用することが有利である。適切な誘導
体の例は、非本質的領域が除去され、切断部位もしくは
マーカーが組込まれるか又は修正されたそれらのプラス
ミドである。
遺伝子配列II、IV、V、VII及びVIIIは、ヌクレオチド
対XYとともに、所望の構造遺伝子、例えば第一には、
宿主に内在しかつペリプラズム腔又は細胞膜に輸送され
るタンパク質をコードする遺伝子の最初の部分を含む。
この場合には、細胞質からの分離が可能であるために容
易に単離され、あるいは(また)細胞に内在する酵素に
よる分解から保護される融合タンパク質を製造すること
ができる。しかしながら、不溶性であるために細胞内在
タンパク質から容易に分離することができる融合タンパ
ク質を生成することも可能である。更には、開始コード
ンATGのすぐ下流に構造遺伝子を組込むことによっ
て、直接に所望のタンパク質を発現させることもでき
る。
本発明によって得ることができるポリペプチドの例とし
ては、インシュリン、インターフェロン類、インターロ
イキン−2のようなインターロイキン類、ヒルジン又は
ソマトスタチンがある。
本発明は下記の諸例により詳細に説明される。各プロセ
ス段階については、マニアティス(Maniatis)ら、コー
ルド・スプリング・ハーバー(Cold Spring Harbor)
(1982年)の“モレキュラー・クローニング(Mole
cular Cloning)”を参考にすることができる。
例1 大腸菌染色体DNAをHinfIで切断して、プロモー
ター、オペレーター、L−ペプチドの構造遺伝子アテニ
ュエーター及び最初の6個のアミノ酸についてのトリプ
トファンE構造遺伝子のコードンを含むtrpオペロン
の492塩基対断片を単離する。この断片をクレノウポ
リメラーゼによってデオキシヌクレオチド三リン酸で埋
填し、その両端部をHindIII認識配列をもつオリゴ
ヌクレオチドと結合させ、それからHindIIIで切断
する。このようにして得たHindIII断片をpBR3
22のHindIII切断部位と結合させる。こうして得
られるプラスミドがptrpE2−1である(前記ジェ
イ・シー・エドマンらの文献参照)。このプラスミド
は、記述のようにしてプラスミドptrpL1に転換さ
れる。
この出発物質を本発明のベクターに変えるために、これ
をClaIと反応させる〔製造者〔ニューイングランド
バイオラブス(New England Biolabs)〕の勧めに従
う〕。インキュベート終了後、インキュベート混合物を
フェノールで抽出し、有機相を分離し、続いて2.5倍
容量のエタノールを加え、−20℃でインキュベートす
ることにより、DNAを沈澱させる。
DNAを遠心除去し、しかる後5′−リン酸残基を除く
ためにアルカリホスファターゼ(ベーリンガーマンハイ
ム社)で処理する。
合成的に得られるオリゴヌクレオチドIX: 5′ CGACCATGGT 3′ (IX) をポリヌクレオチドキナーゼ及びATPにより5′末端
でリン酸化する。このためには、この合成オリゴヌクレ
オチドを70℃で5分間加熱し、しかる後直ちに氷浴中
で冷却する。リン酸化は、100μM ATP及びT4
−ポリヌクレオチドキナーゼ10単位が添加された緩衝
液25μl(50mMトリスHCl、pH7.60、10
mM MgCl、5mMジチオスレイトール(DT
T))中、37℃で30分間にわたり処理する。反応
を、最終濃度50μMとなるまでエチレンジアミン四酢
酸(EDTA)のナトリウム塩を加えることによって停
止させる。過剰のATPは、例えばセファロース(商標
名SEPHADEX G50、細粒)のゲル過によっ
て除去することができる。
オリゴヌクレオチドIXは自己相補的であって、自ら会合
して二重鎖構造Xを形成することができる。
5′ CGACCATGGT 3′ TGGTACCAGC この二重鎖オリゴヌクレオチドXは突出末端を有してい
るので、これを開環状プラスミドptrpL1のCla
I部位に挿入することができる。
このオリゴヌクレオチド約50ngをプラスミド約1μ
gと一緒にインキュベートするが、このプラスミドは1
mM ATP及び0.1ng/ml牛血清アルブミン(B
SA)が添加された緩衝液30μl(50mMトリスH
Cl、pH7.40、10mM MgCl、10mMD
TT)中12℃で20時間ホスファターゼで処理された
ものである。プラスミドpH131/5が得られる(図
1)。
この反応混合物は、コンピテント大腸菌細胞の形質転換
のために直ちに使用することができる。選別は、Lブイ
ヨン〔エッチ・ジェイ・ミラー(H.J.Miller)「分子遺
伝学の実験」(Experiments in Molecular Genetic
s)、コールド・スプリング・ハーバー、1972年〕
及び50μg/mlアンピシリンを用いて寒天プレート上
で行なわれる。
NcoI切断部位がプラスミドpH131/5に挿入され
ているため、アンピシリン耐性コロニーを試験して、プ
ラスミドDNAが約300塩基対のHindIII−Nc
oI断片を有しているか否かについて調べた。80%以
上のコロニーがこの断片を有していた。マキサム−ギル
バート法での配列決定により。合成DNA断片の組込み
と図1に示したプラスミドpH131/5の配列とが確認
された。
例2 西独公開第3,419,995号明細書の図5に示され
たプラスミドp159/6を製造者が勧めるように酵素
EcoRI及びSalIと一緒にインキュベートし、ヒ
トインターロイキン−2についての遺伝情報をもつ42
0塩基対のDNA断片をゲル電気泳動により分離する。
一重鎖突出末端を、製造者が勧める条件下でヤエナリ
(mungbean)ヌクレアーゼ(ファルマシアP−Lバイオ
ケミカルズ社、Pharmacia P-L Biochemicals)で分解す
る。
このプラスミドpH131/5をNacIと反応させ、突
出一重鎖末端を同様にヤエナリヌクレアーゼで分解す
る。次いで、平滑末端となっているインターロイキン−
2についての構造遺伝子を、「平滑末端」条件下でDN
Aリガーゼを用いて、開環させかつ平滑末端としてある
プラスミドに組込む。これにより、NcoI切断部位を
再形成させる。大腸菌294への形質転換を行ない、適
切な制限断片、例えば約260塩基対のEcoRI−X
baI断片又は約150塩基対のEcoRI−SacI
断片、をもつアンピシリン耐性クローンを選別する。
配列決定により、プラスミドpH185/11(図2)の
ヌクレオチド配列を確認した。NcoI制限部位はこの
構造中に残存している。
インターロイキン−2の発現のために、プラスミドpH1
85/11含有大腸菌294を50μg/mlアンピシリ
ン含有LB培地(エッチ・ジェイ・ミラーの前記文献参
照)中で通気しながら一夜インキュベートする。次い
で、1μg/mlチアミン及び500μg/mlカザミノ酸
含有M9培地(エッチ・ジェイ・ミラーの前記文献参
照)により1:100希釈物を調製する。OD0.5の
状態で、最終濃度15μg/mlとなるまでインドリル−
3−アクリル酸を加えて誘発を行なうことができる。更
に2〜3時間後、遠心分離して細菌を除去する。SDS
ゲル電気泳動により、誘発細菌から、西独公開第3,4
19,995号明細書で製造されたインターロイキン−
2に対する抗体と反応する強タンパク質バンドを検出す
ることができる。このバンドは予想される分子量をもつ
インターロイキン−2と一致し、非誘発細菌からは得ら
れない。生物学的活性をもつインターロイキン−2は誘
発細菌において高濃度で検出することができる。
上記細菌培養条件は、振盪フラスコ法でも適用される。
この場合は、更に高濃度のカザミノ酸及び(又は)L−
トリプトファンをより高いOD値(3以上)で醗酵する
まで添加するようにする。
例3 ヒトβ−インターフェロンについての構造遺伝子をcD
NAバンクから入手した。このクローンは、プラスミド
pBR322のPstI部位にその挿入断片を有してい
る。β−インターフェロンの構造遺伝子由来の120塩
基対の断片を、制限酵素HinfI及びPstIと接触
させることにより単離した。HinfI部位の認識配列
は、この生物学的に活性なβ−インターフェロンのN末
端メチオニンについてのコードンのヌクレオチド16個
下流から始まる。
合成により得られるオリゴヌクレオチドXI: 5′ CATGAGCTACAATCTTCTTGG
3′(XI) 3′ TCGATGTTAGAAGAACCTAA
5′ Nco I Hinf
I をDNAリガーゼによって断片のHinfI末端に付着
させる。DNA断片XIIが得られる。
更に、365塩基対のDNA断片を、PstI及びBg
lIIを用いてβ−インターフェロンの構造遺伝子から単
離した。この断片を、予めPstI及びBamHIと反
応させてある商業的に入手可能なプラスミドpUC12
を用いてクローン化した。プラスミドpH188が得られ
る。増殖・再単離後、プラスミドpH188をPstI及
びEcoRIと一緒にインキュベートし、β−インター
フェロン遺伝子断片を単離する(DNA断片XIII)。
プラスミドpH131/5を制限酵素NcoI及びEco
RIと反応させる。次いで、DNAリガーゼ酵素の存在
下、共有結合を生じる条件にて、DNA断片XII及びX
IIIをこの開環状プラスミドと一緒にインキュベートす
る。プラスミドpH192/5の予想される配列を制限分
析法及び配列決定法により確認する(図3)。
β−インターフェロンの発現プロセスは例と同様であ
る。この場合にも、誘発後に電気泳動ゲルによって顕著
なバンドが検出されるが、このバンドは非誘発細菌では
存在しない。生物学的活性をもつβ−インターフェロン
は、細菌からの抽出物中に検出することができる。
インターロイキン−2についての構造遺伝子を例2に従
いプラスミドpH131/5のNcoI部位に挿入した。
プラスミドとEcoRIとの反応後、デオキシアデノシ
ン三リン酸及びデオキシチミジン三リン酸の存在下にク
レノウポリメラーゼと共にインキュベートすることによ
り、突出末端を平滑末端とした。
開環させかつ平滑末端としたプラスミドに、「平滑末
端」条件下で、商業的に入手可能なtrpオペロンのタ
ーミネーター(ファルマシアP−Lバイオケミカルズ
社)を組込み、同時に閉環させる。
例2で予め述べたように細菌を増殖させかつ誘発させた
後、細菌を分離し、溶菌させる。SDSゲル電気泳動で
はインターロイキン−2タンパク質のバンドに変化が見
られず、例2と同じ強度を有している。しかしながら、
β−ラクタマーゼに相当するバンドは著しく低い強度を
示す。
【図面の簡単な説明】
図1〜3は、本発明の具体例を詳細に説明するものであ
って、図1は公知のプラスミドptrpL1からのプラ
スミドpH131/5の製造法を示す説明図、図2は公知
のプラスミドp159/6及びプラスミドpH131/5
(図1)からの、インターロイキン−2をコードするプ
ラスミドpH185/11の製造法を示す説明図、および
図3はβ−インターフェロンをコードするプラスミドpH
192/5を示す説明図、である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オイゲン、ウールマン ドイツ連邦共和国デー‐6246、グラースヒ ユツテン/タウヌス、ツム、タールブリツ ク、31 (72)発明者 フリードリツヒ、ベンゲンマイヤー ドイツ連邦共和国デー‐6238、ホーフハイ ム、アム、タウヌス、アム、ザイエンバツ ハ、38

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の工程(a)および(b)からなる、
    一般にコード可能なアミノ酸から構成されるポリペプチ
    ドの製造法。 (a)(i)下記のコーディング鎖DNA配列I: 5′GTATCGACC3′ (I) とそれに続く5′ATGG3′とを含む大腸菌のベクタ
    ーを制限酵素NcoIで切断し、 (ii)この切断部位において、下記のDNA配列II: 5′CATGX…3′ (II) 3′ Y…5′ (上記式中、XおよびYは、構造遺伝子の開始コードン
    の下流における最初の相補的ヌクレオチド対を表わす) の遺伝子構造物を結合させる、 ことによって作製した大腸菌のtrp発現系を有するベ
    クターで大腸菌細胞を形質転換すること。 (b)この大腸菌細胞における発現を誘発させること。
  2. 【請求項2】下記の工程(a)および(b)からなる、
    一般にコード可能なアミノ酸から構成されるポリペプチ
    ドの製造法。 (a)(i)下記のコーディング鎖DNA配列I: 5′GTATCGACC3′ (I) とそれに続く5′ATGG3′とを含む大腸菌のベクタ
    ーを制限酵素NcoIで切断し、 (ii)この切断部位を酵素的に埋填し、下記の配列III
    のDNA: 5′GTA TCG ACC ATG 3′ (II
    I) 3′CAT AGC TGG TAC 5′ を下記の配列IVのDNA: 5′X…3′ (IV) 3′Y…5′ (上記式中、XおよびYは、構造遺伝子の開始コードン
    の下流における最初の相補的ヌクレオチド対を表わす) と結合させる、 ことによって作製した大腸菌のtrp発現系を有するベ
    クターで大腸菌細胞を形質転換すること。 (b)この大腸菌細胞における発現を誘発させること。
  3. 【請求項3】下記の工程(a)および(b)からなる、
    一般にコード可能なアミノ酸から構成されるポリペプチ
    ドの製造法。 (a)(i)下記のコーディング鎖DNA配列I: 5′GTATCGACC3′ (I) とそれに続く5′ATGG3′とを含む大腸菌のベクタ
    ーを制限酵素NcoIで切断し、 (ii)この切断部位における突出配列を酵素的に分解
    し、下記の配列VIのDNA: 5′GTA TCG AC 3′ (VI) 3′CAT AGC TG 5′ を下記の配列VIIのDNA: 5′−Z ATG X…3′ (VII) 3′ Z′TAC Y…5′ (ZおよびZ′は所望のヌクレオチド対を表わすが、こ
    れらは省略することもでき、XおよびYは構造遺伝子の
    開始コードンの下流における最初の相補的ヌクレオチド
    対を表わす) と結合させる、 ことによって作製した大腸菌のtrp発現系を有するベ
    クターで大腸菌細胞を形質転換すること。 (b)この大腸菌細胞における発現を誘発させること。
JP61089832A 1985-04-19 1986-04-18 trpオペロンのシヤイン‐ダルガーノ配列と開始コードンとの間のDNA配列におけるタンパク質発現を増大させるための改変 Expired - Lifetime JPH0665317B2 (ja)

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