JPH0734698B2 - 牛胚の体外発生方法 - Google Patents

牛胚の体外発生方法

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JPH0734698B2
JPH0734698B2 JP16546792A JP16546792A JPH0734698B2 JP H0734698 B2 JPH0734698 B2 JP H0734698B2 JP 16546792 A JP16546792 A JP 16546792A JP 16546792 A JP16546792 A JP 16546792A JP H0734698 B2 JPH0734698 B2 JP H0734698B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、牛受精卵の体外胚発生
方法、そのために使用する添加剤、及び該添加剤の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】牛受精卵の体外胚発生は牛の効果的な繁
殖のための有用な手段である。しかしながら、この方法
においては、8細胞期から16細胞期で発生が停止する
ことが一般的に知られている( Wright 及びBondioli :
J. Anim. Sci. 53 ; 702-729(1981))。個体において
は受精の起こる場所は卵管であることから、8細胞期か
ら16細胞期の停止を解除するために種々の動物の卵管
組織を外科的に体外に取り出し、受精卵をそれら卵管内
で培養する方法が開発された。ウシ受精卵をウサギ卵管
組織(Boland : Theriogenology 21 ; 126-137(1984))
やヒツジ卵管組織(Eyestoneら、: Theriogenology, 28
; 1-24 (1987))と一時的に体外培養することにより桑
実胚や胚盤胞までに発生させることに成功した。しかし
ながらこの方法は、卵管組織を毎回外科的に取り出すた
め、手法が複雑で長時間かかり、そして卵管組織の個体
差により胚発生効率が変動するという欠点を有する。
【0003】より改善された方法として、種々の培養さ
れた体細胞と受精卵の共培養系が開発されてきた。卵丘
細胞や顆粒膜細胞とウシ受精卵の共培養により、受精卵
の発生促進が報告されている(Kajiharaら: Jpn. J. An
im. Reprod. 33, 173-180 (1987),Gotoら: J.Reprod.
Fert. 83, 753-758 (1988)., Fukuda ら.: Biol. Repr
od. 42, 114-119 (1990)) 。Heymanら(Theriogenology
: 27, 59-68 (1987)) は、栄養芽細胞小胞(trophobl
astic vesicles)を用いて、またEyestoneら(Therioge
nology : 27, 228 Abstr. (1987))は、卵管細胞との共
培養においてウシ受精卵の桑実胚や胚盤胞への発生を報
告している。しかし、これらの共培養系はすべて血清培
地中で行われている。
【0004】さらにEystone 及びFirst (J. Reprod. F
ert : 85, 715-720 (1989)) は、過排卵処理で得られた
5〜8細胞の受精卵を血清添加培地で培養されたウシ卵
管上皮細胞の培養上清中で体外培養を試みた。培養上清
液のみでも卵管上皮細胞との共培養系と同程度の良好な
胚発生が認められた。この結果から卵管上皮細胞は胚発
生に必須の因子を合成しかつ培養液中に分泌しているこ
とが示唆された。
【0005】しかしながら、上記の家畜胚の体外培養は
いずれも動物の血清や牛血清アルブミンなどの血清画分
を含有する培地中で行われている。しかしながら、血清
や血清アルブミンの化学的組成は不明であるばかりでな
くロットにより、また血清画分の調整により胚発生にお
よぼす生物活性は大きく変動するなどの難点がある(Ka
ne及びHeadon : J. Reprod. Fert. 60, 469-475 (1980)
; Fukui及びOno J. Reprod. Fert. 86, 501-506 (198
9)) 。また血清は非常に高価であること、またしばしば
動物血清の中にはウィルスやマイコプラズマに汚染され
ているものもあり受精卵の発生に悪影響をもたらすこと
もある。
【0006】最近、血清を用いない無血清培養系でも牛
胚の発生が進むことがわかってきた。すなわち、Elling
ton ら(Biol. Reprod. 43, 97-104 (1990))は、牛卵管
上皮細胞との共培養系でグルコースを添加せず、高濃度
の牛血清アルブミン(5mg/ml)を添加した無血清培地
(CZB培地)で、過排卵処理によって得た牛受精卵の
胚盤胞までの発生が起こることを報告している。
【0007】卵管上皮細胞と胚の共培養系で、黄体ホル
モン、卵胞刺激ホルモンそしてエストラジオールを添加
した無血清培地では、受精率、胚の発生率ともに上昇す
ることがわかった(Saeki ら : Biol. Reprod. 44, 25
6-260, (1991))。コラーゲン処理した培養シャーレに上
皮成長因子(EGF)、インシュリン、トランスフェリ
ン添加の無血清培地では、卵丘細胞の著しい増殖が見ら
れ、卵丘細胞と胚の共培養系で胚の発生が有為に上昇す
ることが報告されている(Takagiら : Theriogenology,
35, 1197-1207,(1991)) 。
【0008】Pinyopummintr and Bavister(Biol. Repr
od. 45, 736-742 (1991)) は、体外成熟/体外受精で得
られた牛胚の胚盤胞への発生が血清培地より低率ではあ
るが、成分既知物質よりなる無血清培地でも起こること
を示した。彼らはTCM199培地に10%仔牛血清を
添加した培地では胚盤胞形成率が29.7%であるのに
対して、ハムスター胚発生培地として開発した成分既知
無血清培地(HECM; Schini and Bavister, Biol. Repro
d. 39, 1183-1192,(1988)) でも、胚盤胞への発生率が
9.7%と低い胚盤胞形成率であるが発生が起こること
を示した。
【0009】コラゲナーゼ、ストロメリシン、ゼラチナ
ーゼなどいわゆるメタロプロテイナーゼは、細胞外マト
リックスの消化に関係ある酵素で、これらの酵素は結合
織の組織再構成に重要であることが知られている。これ
らメタロプロテイナーゼのインヒビターとして血清中の
主要なメタロプロテイナーゼインヒビターであるα2
マクログロブリンやそれより分子量の小さい Tissue in
hibitor of metallo proteinase (TIMP)などが知
られている(Travis and Salvesen : Annu. Rev. Bioch
em. 52, 655-709,(1983); De Clerck ら:J. Biol. Che
m. 264, 17445-17453, (1989))。最近TIMPが卵胞液
中(Curry ら : Endocrinology, 123, 1611-1618 (198
8)), 顆粒膜細胞(Mannら: Endocrinology, 128, 1825
-1832, (1991)) に存在していることが判明し、排卵時
の卵胞破裂に密接に関与する因子と考えられている。し
かしTIMPの胚に対する生理的役割についての報告は
ない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、無血清培地
中で牛受精卵からの胚発生を行う手段を提供しようとす
るものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決すべく種々検討した結果、顆粒膜細胞を無血清培
地中で長期にわたって培養することに成功し、こうして
得られた無血清培地由来の培養上清を含有する無血清培
地中で牛受精卵を培養すれば胚発生を行うことができる
という全く新しい知見を得た(特願平3−3438
4)。本発明者は、さらに前記培養上清中の胚発生のた
めの有効成分を探求した結果、それがメタロプロテイナ
ーゼインヒビターであることを見出し、本発明を完成し
た。
【0012】従って本発明は、組成が明らかな無血清培
地中メタロプロテイナーゼインヒビターの存在下で牛受
精卵を体外培養することを特徴とする胚発生方法を提供
する。 本発明はまた、顆粒膜細胞を無血清培地中で培
養し、そして培養上清からメタロプロテイナーゼインヒ
ビターを採取することを特徴とする、メタロプロテイナ
ーゼインヒビターの製造方法を提供する。本発明はさら
に、メタロプロテイナーゼインヒビターを含んで成る、
牛受精卵からの体外胚発生のための培地用添加剤を提供
する。
【0013】
【具体的な説明】本発明の方法に用いる牛受精卵は任意
の常法に従って得ることができるが、屠殺された成牛卵
巣から未成熟卵を得、これを体外で成熟させた後、体外
で受精を行うのが便利である。
【0014】未成熟卵の体外成熟法はすでによく知られ
ており、例えばFukudaら(Biol, Reprod. 42 114-119
(1990))に記載されている。このための培地としては、
TCM199,10%胎児牛血清等を使用することがで
き、一般に約38〜39℃、好ましくは38.5℃、5
%炭酸ガス/95%空気中で加湿環境中で行われる。具
体的な一例を実施例1に記載する。体外受精の方法もよ
く知られており、例えばFukui (Mol. Reprod. Dev. 26
40-46 (1990))に記載されている。
【0015】受精卵の培養、すなわち胚発生のための本
発明の好ましい方法においては、受精卵/顆粒膜細胞を
約1日間培養した後受精卵を裸化し、この裸化受精卵を
メタロプロテイナーゼインヒビターを含有する培地中で
培養する。2〜3日毎に培地を置換する。上記の培養は
通常38℃〜39℃、好ましくは38.5℃にて、5%
炭酸ガス/95%空気中で加湿環境で行なわれる。通常
7〜8日間の培養の後受精卵は胚盤胞に達する。
【0016】本発明によれば、顆粒膜細胞の培養は無血
清培地、特に組成が明らかな培地中で行われ、好ましく
は基礎培地に成長因子を補充した培地が用いられる。基
礎培地としては市販の組織培養培地TCM199(日水
製薬)(Morganら、Proc. Soc. Exp. Biol. 73, 1 (195
0)) 等が用いられる。500ng/mlのアプロチニンを含
有するTCM199をIFP110培地と称し、これが
特に好ましい培地である。培地はさらに、インシュリ
ン、またはヘパリン結合細胞成長因子(HBGF−2)
を含有するのが、効力の高い培養上清を得るために好ま
しい。
【0017】顆粒膜細胞培養上清を得るための好ましい
培養方法においては、顆粒膜細胞をまず牛胎児血清を含
有する培地、例えば牛胎児血清10%を含有する市販の
DME:F12(1:1)(DME/F12と略す場合
がある)中で培養して十分増殖させた後、単層状態に増
殖した細胞を前記無血清培地で十分に洗浄し、次に新た
な無血清培地を添加して培養する。例えば48時間毎に
無血清培地を回収交換することにより培養上清を得るこ
とができる。こうして得られた培養上清から、実施例4
に記載する方法によりメタロプロテイナーゼインヒビタ
ーを回収、精製することができる。
【0018】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。実施例1.屠場未成熟卵の回収と成熟培養法 屠殺後3時間以内に採取された成牛卵巣を、プラスチッ
クバッグに入れ、まわりを30℃−34℃の温水で暖め
て実験室に運び、実験に供した。卵巣をTCM199液
に25mM HEPES,ポリビニールアルコール(100μg
/ml)、1.25mMピルビン酸ナトリウム、ヘパリン
(15μg/ml)及び抗生物質ゲンタマイシン(10μ
g/ml)を含む培地の入った直径100mmシャーレの中
に移した。
【0019】外科用ハサミで2分された卵巣を、多刀の
外科用ナイフで細かく切開し、顆粒膜細胞の付着した卵
子を回収し実験に用いた。採取された卵子/顆粒膜細胞
複合体をTCM199液で2回洗浄し、各々約30個の
卵子/顆粒膜細胞複合体を350μlの成熟培地(TC
M199液、重炭酸ナトリウム(2mg/ml)、10%胎
児牛血清)に入れ、それぞれの成熟培地のドロップをミ
ネラルオイルでカバーした。成熟培養は38.5℃で5
%炭酸ガス/95%空気の加湿したインキュベーター内
で20〜22時間行なった。
【0020】実施例2.体外受精 市販の黒毛和牛凍結精液(0.5ml)を35℃の温水中
で融解し、遠心管にこの精液を入れ、5mMカフェイン及
びヘパリン(15μg/ml)を含み牛血清アルブミン
(BSA)を含まないBO培地(6ml)(Brackett and
Oliphant ; Biol. Reprod. 12 : 260-274 (1975))を加
えて混合した。この混合液を7分間2,200回転で遠
心分離し、上澄み液を捨てた。この精子洗浄操作をさら
に1回同様に行なった。その後血球計算盤を用いて精子
の濃度を107 個/mlに調整した。
【0021】この精子液50μlを5mMカフェイン及び
脂肪酸フリーのBSA(10mg/ml)を含むBO培地5
0μl中に加えた。21〜23時間成熟培養した卵を、
上記の培地で3回洗浄後、精子浮遊液中に入れ、38.
5℃で5%炭酸ガス/95%空気の加湿インキュベータ
ー内で6時間培養することにより受精させた。受精の時
のBO液中の濃度は、精子5×106 個/ml、5mMカフ
ェインン、ヘパリン(7.5μg/ml)、BSA(5mg
/ml)であった。
【0022】受精卵はIFP110の発生培地で2回洗
浄した後、350μlの発生培地の各スポットを作り、
受精卵をこの発生培地の中に移した。シャーレは卵丘/
顆粒膜細胞の増殖を促進するためにタイプIコラーゲン
を最終濃度150μg/mlになるようにTCM199液
で調整し、室温で1時間インキュベートしてから培養に
用いた。受精卵はそれぞれの発生培地中で24時間培養
後、毛細管様ピペットを用いて、受精卵の回りに付着し
ている卵丘/顆粒膜細胞を裸化した。得られた裸化受精
卵を、350μlのそれぞれの試験用発生培地に移し、
38.5℃で5%炭酸ガス/95%空気の加湿されたイ
ンキュベーター内で培養した。試験用培地は、体外受精
後3日目に培地交換を行ない、胚の発生状況は、12日
目まで毎日顕微鏡を用いて観察し調べた。
【0023】実施例3.牛顆粒膜細胞の培養と培養上清の回収方法 屠場で採取された成牛卵巣を生理的リン酸緩衝液(PB
- )の中に入れて実験室に持ち帰った。卵巣を3回P
BS- 液で洗浄した後、外科用ナイフを用いて卵胞を切
開し、顆粒膜細胞の付着した卵をシャーレに回収した。
パスツールピペットを用いて顕微鏡下で観察しながら顆
粒膜細胞の付着した卵子をよりわけた。遠心管に顆粒膜
細胞の付着した卵子を移し、PBS- 液中でピペッティ
ングを行ない顆粒膜細胞浮遊液を調整した。この浮遊液
にPBS- 液を加えて1,500回転、5分間の遠心操
作を3回行ない顆粒膜細胞を回収した。DME:F12
(1:1)(DME/F12)の培地に10%牛胎児血
清(FBS)添加した血清培地で細胞浮遊液を作り、2
−3×105 個の細胞を35mmシャーレに移し、同じ培
地で培養を行なった。
【0024】顆粒膜細胞を単離する別法として、卵巣を
外科用ナイフで切開し、卵胞より卵子/顆粒膜細胞の複
合体を取り出し、この複合体をTCM199液の入った
遠心管内に移し、1,500rpm 、5分間の遠心操作を
3回繰り返し洗浄した後、DME/F12に10%FC
Sの入った血清培地で細胞浮遊液を調整し、培養底面積
25cm2 の培養用フラスコに移し培養した。
【0025】初代培養された顆粒膜細胞がフラスコ底に
完全に単層状態に細胞増殖した時、トリプシン液(25
0μg/mlトリプシン、200μg/mlEDTAをPB
-液で溶かした溶液)を処理し分散した顆粒膜細胞
は、培養底面積75cm2 の培養用フラスコに移し完全に
単層状態になるまで培養した。この細胞はトリプシン液
処理後、同じ75cm2 培養フラスコに3分割(1:3ス
プリット)され継代培養を行なった。
【0026】培養上清の回収は継代培養を2〜5回繰り
返した顆粒膜細胞を用いた。この継代培養された細胞が
完全に単層状態になった後、血清培地を除き3回TCM
199液で洗浄した後、成分既知無血清培地(IFP1
10培地にインシュリン5μg/mlを添加した培地)で
24時間培養し、血清の影響を完全に除いた。古い培養
上清を除いた後、それぞれの実験で示された成分既知無
血清培地を添加し、48時間毎に培地交換を行ない培養
上清を回収した。回収した培養上清液は、3,000回
転で15分間遠心操作を行い、沈殿を除き、上清を−8
0℃で保存した。この上清中のタンパク質含量は42μ
g/mlであった。
【0027】実施例4.胚発生促進因子としてのTIMPの精製方法 牛顆粒膜細胞の無血清培地で回収された培養上清液1l
を、直径90mmのYM−10限界濾過膜(アミコン社
製:分子量カットオフ 10,000)で約100倍濃
縮し、全タンパク質の56%を回収した。この濃縮液は
PBS- 液で透析した後遠心して上清を回収し、ゲル濾
過高速液体クロマトグラフィー(TSK−G3000S
WXL,トーソー製)にかけ、PBS- 液で溶出した。
溶出液はUV−280nmの吸収でモニターし、各画分の
タンパク質濃度は、Bradford法(Bradford, Anal. Bioc
hem, 72, 248-254 (1976)) により測定した。
【0028】溶出液を検定用培地により10〜20倍に
希釈した後に胚発生促進活性を測定した。溶出の結果を
図1に示す。胚発生促進活性は、おおよそ3万と7.5
万の2つの分子量域にみられた。分子量約3万の胚発生
促進活性をembryogenin-1 (EG-1)、また分子量約7.5
万の胚発生促進活性をembryogenin-2 (EG-2)と名づけ
た。
【0029】なお、胚発生促進活性は次のようにして測
定した。実施例2に記載したようにして裸化受精卵を
得、これを、被検体を加えた無血清培地(TCM199
培地成分からTween-80とパラアミノ安息香酸を除き、グ
ルコース濃度を1000μg/mlから200μg/mlに
減量し、5mg/mlの脂肪酸フリー牛血清アルブミンを加
えた培地)中で38.5℃にて培養しながら12日間顕
微鏡観察し、胚盤胞形成率を求めた。
【0030】次に、胚発生促進活性画分EG−1を、2
0mMトリス塩酸緩衝液、pH7.5で透析後、同じ緩衝液
で平衡化したMono−Qイオン交換高速液体クロマト
カラム(ファルマシアLKBバイオテクノロジー社)に
のせ、このカラムに結合させた。0〜500mM塩化ナト
リウムの直線的濃度勾配法により溶出を行った。このカ
ラムによって溶出された成分を、PBS- 液で透析後、
胚発生促進活性を検討した。この結果を図2に示す。胚
発生促進活性は塩化ナトリウム濃度100mM〜130mM
にて溶出した。このMono−Q高速液体クロマトカラ
ムにより精製された活性の画分を、0.1%トリクロロ
フルオロ酢酸液で平衡化された後Vydac C−4逆
相高速液体クロマトグラフィーカラム(The Separation
groups社)にのせ、アセトニトリル(25%−45
%)の直線的濃度勾配で溶出された。溶出画分はすぐに
真空乾燥した後、培地に溶かして胚発生促進活性を調べ
た。図3に示すごとく、活性を単一ピークとして得るこ
とができた。
【0031】C4 −逆相高速液体クロマトグラフィーに
よって精製された500pMの分子量3.1万のEG−1
画分を自動プロティンシークエンサーにかけ、アミノ酸
配列を調べた。胚発生促進活性は、単鎖ポリペプチド構
造をもつタンパク質により与えられ、該蛋白質のN末端
から29番目までのアミノ酸配列が決定された。この2
9個のアミノ酸配列をEuropean Molecular Biology Lab
oratory (Swiss-PROT)のデータベースより解析したとこ
ろ、未同定の部分のシスティン(用いた自動プロティン
シークエンサーではシスティン残基は解読できない)を
含めて牛由来Tissue inhibitor of metalloproteinase
(TIMP)とアミノ酸配列の順序において、93%の相同性
が認められた(図4)。
【0032】図1で示したゲル濾過高速液体クロマトグ
ラフィーによって分画された溶出画分を、還元条件下で
SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動し、抗TIM
Pモノクローナル抗体で検出した。図5の分画番号は、
図1の保持時間11分後から分取を開始し、1分ごとに
分画を行った。図5で示すように、分画番号11(図1
の保持時間21−22分)と12(図1の保持時間22
−23分)の分子量3.1万のEG−1だけがこの抗体
と免疫交差反応がおこった。しかし、分子量7.5万の
EG−2(分画番号7)は、抗TIMPモノクローナル
抗体と免疫交差反応はおこらなかった。この結果は、分
子量3.1万のEG−1が免疫学的にTIMPと同一の
性質をもった物質と考えられる。
【0033】顆粒膜細胞培養上清液中にTIMPが存在
するのか、その上清液から精製されたEG−1がTIM
Pと免疫学的に同一のものであるかどうか検討した。S
DS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動実験は、lan
eMは分子量マーカーを示し、lane1は濃縮培養上
清液とプロティン−Gファーストフローゲルを混合して
得た沈殿分画、lane2はその上清分画、3は培養上
清液のTIMPモノクローナル抗体で処理した後プロテ
ィン−Gファーストフローゲルを混合して得た沈殿分
画、lane4はその上清分画、lane5は精製され
たEG−1を示す。
【0034】この図より精製されたEG−1は分子量
3.1万であることがわかった。この電気泳動ゲルをニ
トロセルロース膜に転写してイミュノブロット実験を行
った。精製されたEG−1はTIMP抗体ときれいに交
差反応をおこした(lane5)。同じく顆粒膜細胞培
養上清液とTIMPモノクローナル抗体処理して凝集沈
殿した分画(lane3)に強い免疫交差反応がみら
れ、残りの上清分画(lane4)中には反応がみられ
なかった。また培養上清中の交差反応する物質は、EG
−1と同じ3.1万の物質のみであった。lane2は
TIMP抗体を処理しないコントロール分画で、イミュ
ノブロット実験により交差反応を示した。
【0035】濃縮顆粒膜細胞培養上清液をTIMPモノ
クローナル抗体で処理し、TIMPの除去された濃縮培
養上清液による胚発生促進活性を調べた(図7)。TI
MP抗体処理または無処理の濃縮培養上清液を5%及び
10%の濃度になるように発生培地に加えたところ、抗
体処理した培養上清液の胚発生促進活性は、無処理培養
上清液にくらべて明らかに低下した。この結果は、培養
上清の胚発生促進活性は、抗TIMP抗体と中和反応を
起こし、生物活性が抑制されることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、濃縮牛顆粒膜細胞の培養上清液をゲル
濾過高速液体クロマトグラィーにより精製する場合の溶
出の状態を示す。
【図2】図2は、図1で得られた分子量約3万のEG−
1をMono−Qイオン交換高速液体クロマトグラィー
により精製する場合の溶出の状態を示す。
【図3】図3は、図2で得られた活性画分をC4 −逆相
高速液体クロマトグラィーにより精製する場合の溶出の
状態を示す。
【図4】図4は、図3において完全精製されたEG−1
とbovineTIMPのアミノ酸配列の相同性を示
す。
【図5】図5は、図1で精製されたEG−1と抗TIM
Pモノクローナル抗体によるイミュノブロット実験によ
る免疫交差性を示す電気泳動図である。
【図6】図6は、顆粒膜細胞培養上清中にTIMPの存
在、EG−1とTIMPの同一性についてのイミュノブ
ロット実験による確認の結果を示す電気泳動図である。
【図7】図7は、濃縮顆粒膜細胞上清液を抗TIMPモ
ノクローナル抗体により処理した後の胚発生促進活性の
変化を示すグラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無血清培地中メタロプロテイナーゼイン
    ヒビターの存在下で牛受精卵を体外培養することを特徴
    とする胚発生方法。
  2. 【請求項2】 前記受精卵が、未成熟卵を採取後これを
    体外成熟させそして体外受精させたものである、請求項
    1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 顆粒膜細胞を無血清培地中で培養し、そ
    して培養上清からメタロプロテイナーゼインヒビターを
    採取することを特徴とする、メタロプロテイナーゼイン
    ヒビターの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記無血清培地に成長因子が添加されて
    いる、請求項5に記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記無血清培地がインシュリンもしく
    は、HBGF−2(別名:basic FGF )又はこれらの混
    合物を含有する、請求項5に記載の方法。
  6. 【請求項6】 メタロプロテイナーゼインヒビターを含
    んで成る、牛受精卵の胚発生用培地のための添加剤。
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