KR100726800B1 - Polymorphism in phosphoenolpyruvate carboxykinase 1 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포스포에놀피루베이트 카르복시키나제 1 (Phosphoenolpyruvate Carboxykinase 1) (PCK1) 내의 다형성과 고밀도 지단백 및 트리글리세라이드 수준과의 연관성에 관한 것이다. 본 발명에서, 해플로타입의 하나인 PCK1-ht3는 T2DM (type 2 diabetes mellitus)의 위험성에 대해 민감한 효과가 있음이 확인되었다. 본 발명에서 확인된 변이/해플로타입 정보와 HDL (high density lipoprotein) 및 TG (triglyceride)의 유전적 연관성은 중요한 유전자의 유전적 역학 (epidemiology) 연구에 유용하게 이용될 수 있다. The present invention relates to the association of polymorphism in high concentration lipoprotein and triglyceride levels in Phosphoenolpyruvate Carboxykinase 1 (PCK1). In the present invention, one of the haplotype PCK1-ht3 was confirmed to have a sensitive effect on the risk of T2DM (type 2 diabetes mellitus). The genetic association between the mutation / haplotype information and HDL (high density lipoprotein) and TG (triglyceride) identified in the present invention can be usefully used for the study of genetic epidemiology of important genes.
HDL, Type 2 Diabetes Mellitus, PCK, Polymorphism, TG HDL, Type 2 Diabetes Mellitus, PCK, Polymorphism, TG
Description
도 1a는 염색체 20q13.31 (참조 게놈 서열 NT_011362.9) 상의 PCK1에서 확인된 다형성을 나타낸다.1A shows the polymorphisms identified in PCK1 on chromosome 20q13.31 (reference genomic sequence NT_011362.9).
도 1b는 PCK1의 해플로타입을 나타낸다. 1B shows the haplotype of PCK1.
도 1c는 염색체 14q11.2 (참조 게놈 서열 NT_026437.11)상의 PCK2에서 확인된 다형성을 나타낸다.1C shows the polymorphisms identified in PCK2 on chromosome 14q11.2 (reference genomic sequence NT_026437.11).
도 1d는 PCK2의 해플로타입을 나타낸다. 1D shows the haplotype of PCK2.
도 2a 내지 도 2n은 PCK1 내의 14개 다형성의 서열 크로마토그램을 나타낸다. 화살표는 다형성 부위를 나타낸다.2A-2N show sequence chromatograms of 14 polymorphisms in PCK1. Arrows indicate polymorphic sites.
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기술분야Field of technology
본 발명은 질환과 관련된 유전자의 다형성에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 HDL (high density lipoprotein) 및 TG (triglyceride) 수준과 연관된 PCK1 (phosphoenolpyruvate carboxykinase 1) 다형성에 관한 것이다. The present invention relates to polymorphism of genes associated with disease. More specifically, the present invention relates to phosphoenolpyruvate carboxykinase 1 (PCK1) polymorphisms associated with high density lipoprotein (HDL) and triglyceride (TG) levels.
종래기술Prior art
PCK (phosphoenolpyruvate carboxykinase)는 주로 글루코오스신생합성 (gluconeogenesis)을 조절하는 것을 돕는 효소로서 기능하며, T2DM (type 2 diabetes mellitus)의 후보 유전자로서 관련된다. PCK 유전자는 세포기질 (cytosol) (PCK1; MIM 261680) 및 미토콘드리아 (PCK2; MIM 261650) 모두에 위치한다 [상기 문헌: 1, 2]. 세포기질 PCK1과 미토콘드리아 PCK2 유전자 사이의 유사한 유전자 구조 및 68 ~ 70%의 높은 뉴클레오티드/아미노산 서열 상동성 [상기 문헌: 3]은 이들이 공통의 조상 유전자로부터 유래했음을 시사한다. PCK1 (염색체 20q13.31 상의)의 활성은 이의 유전자의 전사율에 의해 제어되며, 이는 인슐린, 글루코코르티코이드 (glucocorticoids), cAMP 및 음식에 의해 조절됨으로써 생리학적으로 필요한 글루코오스 생성을 조정하는 [상기 문헌: 4] 한편, 미토콘드리아 PCK2 (염색체 14q11.2 상의)는 구성적인 (constitutive) 것으로 여겨지고 있다 [상기 문헌: 4]. PCK1은 아미노산으로부터 글루코오스신생합성을 위해 최적이고 mtPCK2는 락테이트로부터의 글루코오스신생합성을 위해 최적인 것으로 제안되었다 [상기 문헌: 4]. 최근의 증거는 PCK가 글로코오스신생합성의 결정인자로서 보다는 간 에너지 대사의 통합자로서 더 많이 기능할 수 있음을 시사하였다 [상기 문헌: 1, 5, 6]. Phosphoenolpyruvate carboxykinase (PCK) functions primarily as an enzyme to help regulate gluconeogenesis and is involved as a candidate gene for
선행 연구들은 염색체 20q상의 PCK1 유전자 영역이 T2DM과 유전적 연관을 가짐을 시사하였다. 이병동포대법 (affected sib pair method)을 사용하여, 20q13 영역 즉, PCK1 좌위 부근에서 유의성있는 결과가 얻어졌다 [상기 문헌: 7]. 또한 이것은 인슐린 내성에 대한 후보 영역으로서도 보고되었다 [상기 문헌: 8]. 또한 2개의 다른 당뇨병 유전자가 염색체 20q에 대해 매핑 (mapping)되었으며, 상기 두 유전자 모두는 PCK1 좌위에 대해 동원체 (centromere)에 위치하고 있으며, 상기 유전자는 청소년기에 발병하는 MODY (maturity onset diabetes of the young)의 아형 (subtype)을 유발하는 MODY1 유전자 및 마우스에서 비만-당뇨병 증후군을 담당하는 뮤린 유전자의 사람 동족체 (homologue)인 ASP (agouti signaling protein) 유전자이다 [상기 문헌: 9, 10].Previous studies have suggested that the PCK1 gene region on chromosome 20q has a genetic association with T2DM. Using the affected sib pair method, significant results were obtained in the 20q13 region, that is, near the PCK1 locus [7]. It has also been reported as a candidate region for insulin resistance [8]. In addition, two other diabetic genes are mapped to chromosome 20q, both of which are located in the centromere for the PCK1 locus, which genes are present in adolescent onset diabetes of the young (MODY) MODY1 gene which causes a subtype of and a human homologue of the murine gene responsible for obesity-diabetes syndrome in mice (Agouti signaling protein) ASP gene (see above, 9, 10).
본 발명자들은 T2DM에 대한 잠재적인 후보 유전자에서 유전적 다형성을 확인 (동정)하기 위한 노력의 일환으로, 1.5 kb의 5' 플랭킹 영역 및 +/- 50 bp 엑손-인트론 경계를 포함하는, PCK 유전자 (PCK1 및 PCK2) 내의 모든 엑손의 서열을 분석하고, 한국인 군집의 당뇨병 연구에서 T2DM의 위험성 및 당뇨병 표현형과의 연관성을 조사하여 본 발명을 완성하였다.In an effort to identify (identify) genetic polymorphisms in potential candidate genes for T2DM, we included a PCK gene, including a 1.5 kb 5 'flanking region and +/- 50 bp exon-intron boundaries. The present invention was completed by analyzing the sequence of all exons in ( PCK1 and PCK2 ) and investigating the association between the risk of T2DM and the diabetic phenotype in diabetic studies of Korean population.
본 발명은 T2DM (type 2 diabetes mellitus)에 대한 잠재적 후보 유전자 내의 유전적 다형성에 대한 연구 결과를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a study of genetic polymorphisms in potential candidate genes for
구체적으로 본 발명은 HDL (high density lipoprotein) 및 TG (triglyceride) 수준과 연관된 PCK1 (phosphoenolpyruvate carboxykinase 1) 다형성을 제공하는 것을 목적으로 한다. Specifically, an object of the present invention is to provide a phosphoenolpyruvate carboxykinase 1 (PCK1) polymorphism associated with high density lipoprotein (HDL) and triglyceride (TG) levels.
상기 목적을 이루기 위해, 본 발명자들은 PCK (PCK1 및 PCK2) 유전자 내의 모든 엑손의 서열을 분석하고, 한국인 군집 (T2DM 환자 775명 및 정상 대조군 316명)에서 당뇨병 표현형과 T2DM과의 연관성을 검사하였다. 한국인 군집 (n = 24)에서 PCK1 및 PCK2 내의 22개 다형성을 직접적인 DNA 서열분석에 의해 확인하였다. 대규모 유전자형 분석을 위해 TaqMan 유전자형분석법을 사용하였다. T2DM의 위험성 및 당뇨병 표현형과 PCK 다형성들과의 연관성을 연령, 성별 및 BMI (신체 비만 지수 (body mass index))를 조정하면서 로지스틱 및 다중 회귀를 사용하여 분석하였다. T2DM의 위험성과 PCK 유전자 내 유전적 다형성 사이에 어떠한 현저한 연관 성도 검출되지 않았으나, 추가적인 해플로타입 분석에서 보편적 해플로타입 중 하나인 PCK1-ht3는 T2DM의 위험성에 대해 민감한 효과가 있는 것으로 밝혀졌다 (P = 0.006). 또한, 하나의 3' UTR SNP는 비-당뇨병 대조군 중에서 HDL (high density lipoprotein) 수준과 극적인 관련성을 보였다: 메이져 (major) 대립유전자에 대한 동형접합자 (T/T)를 가진 개체 중에서 가장 낮은 HDL 수준 (42.73±12.37 mg/dl), 이형접합자 (T/C)를 가진 피검자 중에서 중간 수준 (48.96±14.45 mg/dl), 및 마이너 (minor) 대립유전자에 대한 동형접합자 (C/C)를 가진 피검자 중에서 가장 높은 수준 (53.53±10.82 mg/dl)을 나타내었다 (P = 0.000003). 또한, 상기 3' UTR SNP는 TG (triglyceride) 수준과 연관되어 있었다: 마이너 대립유전자에 대한 동형접합자 (C/C)를 가진 개체가 그렇지 않은 개체 보다 더 낮은 TG 수준을 나타내었다.To this end, we analyzed the sequence of all exons in the PCK ( PCK1 and PCK2 ) genes and examined the association of diabetes phenotype with T2DM in the Korean population (775 patients with T2DM and 316 normal controls). Twenty-two polymorphisms in PCK1 and PCK2 in the Korean population (n = 24) were confirmed by direct DNA sequencing. TaqMan genotyping was used for large scale genotyping. The risk of T2DM and its association with diabetes phenotype and PCK polymorphisms were analyzed using logistic and multiple regression, adjusting age, gender and BMI (body mass index). No significant association was detected between the risk of T2DM and genetic polymorphisms in the PCK gene, but further haplotype analysis revealed that PCK1-ht3 , one of the common haplotypes, has a sensitive effect on the risk of T2DM ( P = 0.006). In addition, one 3 'UTR SNP showed a dramatic association with HDL (high density lipoprotein) levels among non-diabetic controls: the lowest HDL level among individuals with homozygotes (T / T) for major alleles. (42.73 ± 12.37 mg / dl), medium level among subjects with heterozygotes (T / C) (48.96 ± 14.45 mg / dl), and subjects with homozygotes (C / C) for minor alleles Among the highest levels (53.53 ± 10.82 mg / dl) (P = 0.000003). In addition, the 3 ′ UTR SNP was associated with triglyceride (TG) levels: individuals with homozygotes (C / C) for minor alleles showed lower TG levels than those without.
선행 보고서 [상기 문헌: 16]에서, 3개의 인접한 SNPs (-1399C>T:-1269C>T:-534C>G:+69A>G, 도 1a 참조)와 함께 절대 LD (|D'| = 1 및 r 2 = 1)에 있는 하나의 프로모터 SNP (-232C>G; 본 발명에서는 534C>G)는 오지-크리 (Oji-Cree) 및 백인 군집 둘 모두에서 T2DM의 위험성과 연관되어 있다고 보고된 바 있다. 그러나, 한국인 군집에서는 어떠한 현저한 연관성도 밝혀지지 않았다. 단지 PCK1-ht3가 T2DM의 위험성과 현저한 연관성을 보였다. 선행 연구와 본 발명 사이의 모순을 해결하는 것이 어렵긴 하지만, 상이한 유전적 배경 및 환경적 인자 또는 상이한 민족 군 사이에 이들의 상호작용이 그럴듯한 설명이 될 수 있을 것이다. 본 발명에서, 3' UTR SNP에서 HDL과의 연관성에 대한 유의성 (공동-우성 모델에서 P = 0.000003)은 다중 실험에 대한 가장 엄중한 보정 후에도 유지되었다 (170회 시험: 환자/대조군에서 17회 비교, 3가지 대안적인 분석 모델 [공동-우성, 우성 및 열성 모델]을 이용한 5가지 상이한 당뇨병 표현형 [CHOL, TG, HDL, 인슐린 및 BMI]에서 17회 비교). In the preceding report [16] supra, absolute LD (| D '| = 1 with 3 adjacent SNPs ( -1399C> T: -1269C> T: -534C> G: + 69A> G , see FIG. 1A). And r 2 One promoter SNP in = 1) (-232C>G;534C> G in the present invention) has been reported to be associated with the risk of T2DM in both Oji-Cree and Caucasian communities. However, no significant association was found in the Korean population. Only PCK1-ht3 showed significant association with the risk of T2DM. Although it is difficult to resolve the contradiction between previous studies and the present invention, their interactions between different genetic backgrounds and environmental factors or different ethnic groups may be plausible explanations. In the present invention, the significance for association with HDL in 3 'UTR SNPs (P = 0.000003 in co-dominant model) was maintained even after the most stringent correction for multiple experiments (170 trials: 17 comparisons in patient / control) , 17 comparisons in five different diabetic phenotypes [CHOL, TG, HDL, insulin and BMI] using three alternative analytical models (co-dominant, dominant and recessive models).
3' UTR에서 대안적인 유전자형에 의해 매개된 상이한 HDL 및 TG 수준과 관련된 기능적인 증거(들)가 현재 이해된 (밝혀진) 것은 아니지만, 3' UTR 내 다형성들은 RNA의 2차 구조 및 번역 효능을 변경시키거나, RNA 분해를 조절하는 단백질과 결합하는 RNA내 모티프들에 영향을 줌으로써 유전자 기능에 영향을 미칠 수 있다. 최근 데이터는 PCK1이 글루코오스신생합성 뿐만 아니라 글리세로네오제네시스 (glyceroneogenesis)와도 관련있음을 시사한다 [상기 문헌: 1]. 간 조직과 지방 조직 둘 모두에서의 글리세로네오제네시스는 글루코오스신생합성의 전구체로부터 글리세롤 3 포스페이트의 신 (de novo) 합성이다. 각 글리세롤 3 포스페이트는 지방 아실 (fatty acyl) CoA를 에스테르화시켜 TG를 형성시키기 위해 사용된다. 간 PCK1이 결핍된 마우스는 지방 간을 발달시키고 공복 후 상승된 혈장 지방산 및 TG 수준을 가짐이 밝혀졌다 [상기 문헌: 6]. 이들 결과는 PCK1 유전자 내 돌연변이가 글리세로네오제네시스에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 지방산의 저장 및 방출에 영향을 미칠 것이다. 대안적인 PCK1 다형성에 의해 매개된 상이한 혈중 HDL- 및 TG-농도와 관련된 메커니즘(들)을 명확히 밝히기 위해서는 추가적인 생물학적 및/또는 기능적인 증거가 필요할 것이다. 요약하면, 직접적인 DNA 서열분석에 의해 한국인 군집 (n = 24)에서 PCK1 및 PCK2 내의 22개 다형성을 확인하였다. PCK 다형성들과 T2DM의 위험성 및 당뇨병 표현형과의 연관성을 연령, 성별 및 BMI를 조정하면서 로지스틱 및 다중 회귀법을 사용하여 분석하였다. PCK 유전자내 유전적 다형성과 T2DM의 위험성 사이에 어떠한 현저한 연관성이 검출되지는 않았지만, PCK1-ht3는 T2DM의 위험성과 현저한 연관성을 가지는 것으로 밝혀졌다. 또한 하나의 3' UTR SNP는 비-당뇨병 대조군에서 HDL 및 TG 수준과 극적인 연관성을 보였다. HDL 및 TG 수준과 PCK1 다형성과의 강력한 연관성 및 본 발명에서 확인된 변이/해플로타입 정보는 다른 대사성 질환의 유전적 역학 연구를 위해 유용할 것이다.Although functional evidence (s) associated with different HDL and TG levels mediated by alternative genotypes in the 3 'UTR are not currently understood (lightened), polymorphisms in the 3' UTR alter the secondary structure and translational efficacy of RNA. Gene function by affecting motifs in RNA that bind to proteins that regulate RNA degradation. Recent data suggest that PCK1 is associated with glyceroneogenesis as well as glucose neosynthesis [1]. Glycerone genesis in both liver and adipose tissue is the de novo synthesis of glycerol 3 phosphate from precursors of glucose synthesis. Each glycerol 3 phosphate is used to esterify fatty acyl CoA to form TG. Mice lacking liver PCK1 have been found to develop fatty liver and have elevated plasma fatty acid and TG levels after fasting [6]. These results indicate that mutations in the PCK1 gene may affect glyceronene genesis, which will affect the storage and release of fatty acids. Additional biological and / or functional evidence will be needed to clarify the mechanism (s) associated with different blood HDL- and TG-concentrations mediated by alternative PCK1 polymorphisms. In summary, 22 polymorphisms in PCK1 and PCK2 were identified in the Korean population (n = 24) by direct DNA sequencing. The association between PCK polymorphisms and the risk of T2DM and the diabetic phenotype was analyzed using logistic and multiple regression methods, adjusting for age, gender and BMI. Although no significant association was detected between genetic polymorphism in the PCK gene and the risk of T2DM, PCK1-ht3 was found to have a significant association with the risk of T2DM. One 3 'UTR SNP also showed a dramatic association with HDL and TG levels in non-diabetic controls. The strong association of HDL and TG levels with PCK1 polymorphism and the variant / haplotype information identified in the present invention will be useful for genetic epidemiological studies of other metabolic diseases.
이하 실시예에 기초하여 본 발명을 기술한다. 하기 실시예들은 본 발명을 예시하고자 하는 것으로, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명에 개시된 모든 문헌은 참조로서 통합된다. The present invention is described based on the following examples. The following examples are intended to illustrate the invention, not to limit the invention. All documents disclosed in the present invention are incorporated by reference.
실시예Example
실시예 1: 피검자의 선정Example 1 Selection of Subjects
T2DM에 걸린 775명의 비-혈연 환자 및 316명의 비-혈연 비-당뇨병 대조군 피검자 모두를 모집하였다. 비-당뇨병 대조군 피검자를 서울대학교 병원 (대한민국 서울)에서 통상적인 건강 검진을 받은 비선택 군집으로부터 모집하였다. 채택 기준 (inclusion criteria)은 다음과 같았다: 60세 이상의 연령, 과거 당뇨병 진단력 부재, 1촌 이내 가족중 당뇨병 환자의 부재, 6.1 mmol/l 미만의 공복 혈장 글루코오스 농도 및 5.8% 미만의 HbA1c. 당뇨병 피검자를 서울대학교 병원 (대한민국 서울)의 외래환자 진료소를 내방한 환자들로부터 무작위로 모집하였다. 당뇨병은 ADA 기준에 기초하여 진단하였다 [상기 문헌: 11]. 포지티브 GAD 항체를 가진 피 검자는 제외시켰다. 본 발명에 등록된 모든 환자는 한국 민족성이었다. 본 연구 프로토콜을 서울대학교 병원의 임상연구소의 임상시험 심사위원회에 의해 승인받았다. 채혈 전에 모든 피검자로부터 내용설명동의서를 받았다. 모든 피검자를 야간공복 (overnight fast) 후 아침에 조사하였다. 신장, 체중, 허리 및 엉덩이 둘레 및 혈압을 측정하였다. 혈액 샘플의 생화학적 측정 (공복 혈장 글루코오스, 식후 2시간후 글루코오스, 공복 혈장 인슐린, HbA1c, 총 콜레스테롤, 트리글리세라이드 및 HDL (high-density lipoprotein)) 및 DNA 추출을 수행하였다. 인슐린 내성 지수 HOMAIR (homeostasis model assessment)을 공복 혈청 인슐린 (pmol/l) x 공복 혈장 글루코오스 (mmol/l) / 135로서 계산하였다 [상기 문헌: 12]. 피검자의 임상학적 특징을 표 1에 나타내었다.All 775 non-related patients with T2DM and 316 non-related non-diabetic control subjects were recruited. Non-diabetic control subjects were recruited from non-selective populations who had routine health check-ups at Seoul National University Hospital (Seoul, Korea). Inclusion criteria were as follows: age 60 years or older, lack of previous diabetes diagnosis, absence of diabetic patients in the family within 1 village, fasting plasma glucose concentration of less than 6.1 mmol / l and HbA1c of less than 5.8%. Diabetic subjects were randomly recruited from patients who visited outpatient clinics at Seoul National University Hospital (Seoul, Korea). Diabetes was diagnosed based on the ADA criteria [11]. Subjects with positive GAD antibodies were excluded. All patients enrolled in the present invention were Korean ethnicity. This study protocol was approved by the Institutional Review Board of the Seoul National University Hospital. Informed consent was obtained from all subjects prior to blood collection. All subjects were examined in the morning after overnight fast. Height, weight, waist and hip circumference and blood pressure were measured. Biochemical measurements of blood samples (fasting plasma glucose, glucose after 2 hours postprandial, fasting plasma insulin, HbA1c, total cholesterol, triglycerides and high-density lipoprotein (HDL)) and DNA extraction were performed. Insulin Tolerance Index HOMAIR (homeostasis model assessment) was calculated as fasting serum insulin (pmol / l) x fasting plasma glucose (mmol / l) / 135 [supra: 12]. The clinical characteristics of the subjects are shown in Table 1.
표 1. 타입 2 당뇨병 환자 및 정상 대조군의 임상학적 특징Table 1. Clinical Features of
데이터는 평균±SD이다. HOMA-IR은 인슐린 내성의 항상성 모델 평가를 말한다Data is mean ± SD. HOMA-IR refers to homeostasis model evaluation of insulin resistance
T2DM와 정상 대조군 사이의 차이에 대한 a P-값 < 0.001, b P-값 < 0.01 A P -value <0.001, b P -value <0.01 for the difference between T2DM and normal control
실시예 2: 사람 Example 2: Human PCKPCK 유전자의 서열 분석 Gene Sequence Analysis
본 발명자들은 ABI PRISM 3700 DNA 분석기 (Applied Biosystems, Foster City, CA)를 사용하여 24명의 한국인 DNA 샘플에서 SNPs를 발견하기 위해 엑손-인트론 경계 및 프로모터 영역 (약 1.5 kb)를 포함하여, 모든 엑손을 서열분석 하였다. 증폭 및 서열 분석을 위한 24개의 프라이머 세트를 GenBank 서열 (PCK1 mRNA: NM_133262 및 mRNA: NT_026437.11의 참조 서열)에 기초하여 디자인하였다. 표 2은 PCK1 서열 분석을 위한 프라이머를 나타낸다. 프라이머에 관한 정보는 웹사이트 (http://www.snp-genetics.com/user/additional_list.asp)에서 입수가능하다. 서열 변이를 크로마토그램에 의해 확증하였다 (도 2a 내지 도 2n 참조). We used an ABI PRISM 3700 DNA analyzer (Applied Biosystems, Foster City, Calif.) To detect all exons, including exon-intron boundaries and promoter regions (approximately 1.5 kb), to detect SNPs in 24 Korean DNA samples. Sequencing was performed. 24 primer sets for amplification and sequencing were designed based on GenBank sequences (reference sequences of PCK1 mRNA: NM_133262 and mRNA: NT_026437.11). Table 2 shows the primers for PCK1 sequence analysis. Information on primers is available at http://www.snp-genetics.com/user/additional_list.asp. Sequence variation was confirmed by chromatogram (see FIGS. 2A-2N).
표 2. PCK1 및 PCK2 서열 변이 스크리닝을 위한 프라이머 서열Table 2. Primer Sequences for PCK1 and PCK2 Sequence Variation Screening
실시예 3: 편광 검출법을 사용한 유전자형 분석Example 3: Genotyping Using Polarization Detection
다형성 부위의 유전자형 분석을 위해, 증폭 프라이머 및 프로브를 TaqMan에 대해 디자인하였다 [상기 문헌: 13]. 프라이머 익스프레스 (Primer Express) (Applied Biosystems)를 사용하여 PCR 프라이머 및 MGB TaqMan 프로브 둘 모두를 디자인하였다. 하나의 대립유전자 프로브를 FAM 염료 (6-carboxyfluorescein, blue) 로 표지시키고 다른 하나는 형광성 VIC 염료 (6-carboxyfluorescein, green) 로 표지시켰다. PCR을 900 nM의 PCR 프라이머 농도 및 200 nM의 TaqMan MGB-프로브 농도로 UNG (Uracil-N-Glycosylase)를 포함하지 않는 TaqMan 유니버셜 마스터 믹스 (Universal Master mix)에서 수행하였다. 반응을 20 ng의 게놈 DNA를 사용하여 5 ul의 총 반응 부피로 384-웰 포맷으로 수행하였다. 다음 플레이트를 써멀 싸이클러 (PE 9700, Applied Biosystems)에 위치시키고 50℃ 에서 2분 및 95℃ 에서 10분 가열시킨 다음 후속하여 95℃ 에서 15초 및 60℃ 에서 1분의 40 싸이클을 수행했다. TaqMan 검정 플레이트를 Prism 7900HT 기기 (Applied Biosystems)로 옮겨 플레이트의 각 웰내의 형광 강도를 판독하였다. 각 플레이트로부터 수득한 형광 데이터를 자동화된 소프트웨어 (SDS 2.1)를 사용하여 분석하였다. 표 3는 본 실험에 사용한 프라이머를 나타낸다. 프라이머에 관한 정보는 본 출원인의 웹사이트 (http://www.snp-genetics.com/user/additional_list.asp)에서 입수가능하다.For genotyping of polymorphic sites, amplification primers and probes were designed for TaqMan (see above). Primer Express (Applied Biosystems) was used to design both PCR primers and MGB TaqMan probes. One allele probe was labeled with FAM dye (6-carboxyfluorescein, blue) and the other was labeled with fluorescent VIC dye (6-carboxyfluorescein, green). PCR was performed on a TaqMan Universal Master Mix without UNG (Uracil-N-Glycosylase) at a PCR primer concentration of 900 nM and TaqMan MGB-probe concentration of 200 nM. The reaction was performed in 384-well format using 20 ng genomic DNA with a total reaction volume of 5 ul. The plate was then placed in a thermal cycler (PE 9700, Applied Biosystems) and heated at 50 ° C. for 2 minutes and at 95 ° C. for 10 minutes followed by 40 cycles of 15 seconds at 95 ° C. and 1 minute at 60 ° C. TaqMan assay plates were transferred to Prism 7900HT instrument (Applied Biosystems) to read the fluorescence intensity in each well of the plate. Fluorescence data obtained from each plate was analyzed using automated software (SDS 2.1). Table 3 shows the primers used in this experiment. Information on primers is available on the Applicant's website (http://www.snp-genetics.com/user/additional_list.asp).
표 3. PCK SNP 유전자형 분석을 위한 증폭 서열 및 TaqMan 프로브Table 3. Amplification Sequences and TaqMan Probes for PCK SNP Genotyping
실시예 4: 통계학적 분석Example 4: Statistical Analysis
χ2 시험을 사용하여 군집에서 개별 변이가 각 좌위에서 평형 (하디-바인베르크 평형, Hardy-Weinberg equilibrium)에 있는 지를 결정하였다. 해플로타입 및 이들이 빈도를 스티븐스 (Stephens) 등 [상기 문헌: 14]에 의해 개발된 알고리즘을 사용하여 추론하였다. 공변수로서 연령, 성별 및 BMI를 제어하는 로지스틱 회귀 분석법을 사용하여 P 값을 계산하였다. 연령, 성별 및 BMI를 조정하면서 다중 회귀법을 사용하여 대사성 표현형의 연관성을 분석하였다. 공변수로서 연령, 성별 및 BMI를 제어하면서, 샤이드 (Schaid) 등 [상기 문헌: 15]에 의해 개발된 알고리즘 (Haplo.Score 및 Haplo.GLM)을 사용하여 해플로타입 연관성을 분석하였다. 인슐린 및 TG 수준을 log-변환시켜 기운 분포를 정상화하였다. T2DM의 치료가 당뇨병 환자에서 표현형 값에 영향을 줄 수 있었기 때문에, 대사성 표현형의 연관성 분석을 위해 비-당뇨병 피검자만을 이용하였다.The χ 2 test was used to determine whether individual variations in the cluster were in equilibrium (Hardy-Weinberg equilibrium) at each locus. Haplotypes and their frequencies were inferred using the algorithm developed by Stephens et al. [14]. P values were calculated using logistic regression analysis, which controls age, gender and BMI as covariates. Multiple regression methods were used to analyze the association of metabolic phenotypes with adjusting age, sex and BMI. While controlling age, gender and BMI as covariates, the haplotype associations were analyzed using the algorithms developed by Schaid et al. [15] above (Haplo.Score and Haplo.GLM). Insulin and TG levels were log-transformed to normalize the aura distribution. Since treatment of T2DM could affect phenotypic values in diabetic patients, only non-diabetic subjects were used for association analysis of metabolic phenotypes.
결과result
PCK1에서 14개의 다형성을 확인 (동정)하였다: 5' 플랭킹 영역에서 5개, 인트론에서 2개, 엑손에서 5개 및 3' UTR에서 2개. PCK2에서 8개의 다형성을 확인하였다: 5' 플랭킹 영역에서 2개, 인트론에서 1개 및 엑손에서 4개 (웹사이트 (http://www.snp-genetics.com/user/additional_list.asp)상의 표 4 및 표 5참조). 확인된 다형성 부위의 위치 및 대립유전자 빈도를 도 1a 및 도 1b에 도시하였다. 도 1b는 0.05를 초과하는 빈도를 가진 해플로타입을 나타내며, 나머지*는 희귀 해플로타입을 포함한다: GCGTTC, ACGCTT, AGCTTT, ACGCTC, GGGTGT, GCCTTT, AGGTTT, AGGCGT, GGGTTT, GCGTGC, ACGCGC, GCGCGT, GCGCTT, ACCTGT, GCCTTC, ACGTTT, GCGCGC, GGGCTT, ACCTGC, GGGCGT, GCCTGT, AGCCTT, ACCCTC, ACCCTT, GCGCTC, AGGCGC, 및 ACGTTC. 직접적인 서열분석을 위해 사용했던 24 한국인 DNA 샘플을 사용한 쌍별 (pair-wise) 연관 분석에 의해, 본 발명자들은 PCK1에서 SNPs 중 2 세트가 절대 LD (D' = 1 및 r2 = 1)에 있음을 발견하였다 (도 1a 참조). 확인된 다형성들 중에서, PCK1 내의 6개 SNPs (+69A>G, +1428C>G, +1573G>C, +3404T>C, +4513T>G 및 +4824T>C) 및 PCK2 내의 4개 SNPs (-403C>T, +3894T>C, +5804A>G 및 +8881C>G)를 위치, LDs, 빈도 및 해플로타입 태깅 (tagging) 상태에 기초한 대규모 유전자형 분석을 위해 선택하였다. 위 SNPs에서 서열 위치는 유전자의 번역개시부위를 기준으로 한 것이다. PCK1에서 6개의 보편적 해플로타입 및 PCK2에서 4개의 보편적 해플로타입을 한국인 군집에서 작제하였다 (도 1b 및 도 1d 참조). 도 1d는 0.02를 초과하는 빈도를 가진 해플로타입을 나타낸다. 나머지**는 희귀 해플로타입을 포함한다: TTGG, TCGG, CCGC, CCAG, 및 CTGC. 유전자형분석된 다형성의 마이너 대립유전자 빈도는 한국인 군집에서 각각 0.391 (PCK1+69A>G (Leu23Leu)), 0.27 (PCK1+1428C>G (Leu184Val)), 0.281 (PCK1+1573G>C), 0.356 (PCK1+340C>T), 0.216 (PCK1+4513T>G), 0.222 (PCK1+4824T>C), 0.487 (PCK2-403C>T), 0.202 (PCK2+3894T>C (Pro124Pro)), 0.212 (PCK2+5804A>G (Lys410Lys)) 및 0.364 (PCK2+8881C>G)이었다 (n = 1,091, 도 2 참조). 모든 좌위의 유전자형 분포는 하디-와인베르크 (Hardy-Weinberg) 평형에 있었다 (P > 0.05, 표 5 참조). 14 polymorphisms were identified (identified) in PCK1 : 5 in the 5 'flanking region, 2 in the introns, 5 in exons and 2 in 3' UTRs. Eight polymorphisms were identified in PCK2 : two in the 5 'flanking region, one in intron and four in exon (website (http://www.snp-genetics.com/user/additional_list.asp) See Table 4 and Table 5). The locations and allele frequencies of the identified polymorphic sites are shown in FIGS. 1A and 1B. FIG. 1 b shows haplotypes with a frequency greater than 0.05, with the rest * including rare haplotypes: GCGTTC, ACGCTT, AGCTTT, ACGCTC, GGGTGT, GCCTTT, AGGTTT, AGGCGT, GGGTTT, GCGTGC, ACGCGC, GCGCGT , GCGCTT, ACCTGT, GCCTTC, ACGTTT, GCGCGC, GGGCTT, ACCTGC, GGGCGT, GCCTGT, AGCCTT, ACCCTC, ACCCTT, GCGCTC, AGGCGC, and ACGTTC. By pair-wise association analysis using 24 Korean DNA samples used for direct sequencing, we found that two sets of SNPs in PCK1 are in absolute LD (D ′ = 1 and r 2 = 1). Found (see FIG. 1A). Among the polymorphisms identified, six SNPs in PCK1 ( + 69A> G, + 1428C> G, + 1573G> C, + 3404T> C, + 4513T> G and + 4824T> C ) and four SNPs in PCK2 ( − 403C> T, + 3894T> C, + 5804A> G and + 8881C> G ) were selected for large scale genotyping based on location, LDs, frequency and haplotype tagging status. The sequence position in the SNPs is based on the translation start site of the gene. Six universal haplotypes in PCK1 and four universal haplotypes in PCK2 were constructed in the Korean population (see FIGS. 1B and 1D). 1D shows the haplotype with a frequency of greater than 0.02. The remaining ** include rare haplotypes: TTGG, TCGG, CCGC, CCAG, and CTGC. The minor allele frequencies of genotyped polymorphisms were 0.391 ( PCK1 + 69A> G (Leu23Leu) ), 0.27 ( PCK1 + 1428C> G (Leu184Val) ), 0.281 ( PCK1 + 1573G> C ), and 0.356 ( PCK1 ) in the Korean population. + 340C> T ), 0.216 ( PCK1 + 4513T> G ), 0.222 ( PCK1 + 4824T> C ), 0.487 ( PCK2-403C> T ), 0.202 ( PCK2 + 3894T> C (Pro124Pro) ), 0.212 ( PCK2 + 5804A > G (Lys410Lys) ) and 0.364 ( PCK2 + 8881C> G ) (n = 1,091, see FIG. 2). All locus genotype distributions were at Hardy-Weinberg equilibrium (P> 0.05, see Table 5).
표 4. 한국인 피검자에서 PCK1 유전자 다형성들의 빈도Table 4. Frequency of PCK1 Gene Polymorphisms in Korean Subjects
표 5]. 한국인 피검자에서 PCK1 및 PCK2 유전자 다형성들의 빈도Table 5]. Frequency of PCK1 and PCK2 Gene Polymorphisms in Korean Subjects
a선행연구 [상기 문헌: 16]로부터의 명명 a Naming from a prior study [16]
b서열분석을 위해 사용되었던 24개 샘플들 중에서 HWE 또는 정상 대조군 (n = 316, 굵은 서체)으로부터의 편차에 대한 P 값 b P value for deviation from HWE or normal control (n = 316, bold typeface) among 24 samples used for sequencing
한국인 군집에서 확인된 보편적인 해플로타입 중에서, 0.05를 초과하는 빈도를 가진 해플로타입만을 추가 분석을 위해 사용하였다 (도 1b 및 도 1d 참조). 단일 SNP에 의해 거의 (> 90%) 태깅된 해플로타입은 추가 연구를 위해 사용하지 않았다 (PCK1에서 ht2; PCK2에서 ht3). PCK 다형성들과 T2DM의 위험성 및 당뇨병 표현형과의 연관성을 연령, 성별 및 BMI를 조정하면서 로지스틱 및 다중 회귀법을 사용하여 분석하였다 (775명의 T2DM 환자 및 316명의 정상 대조군). 피검자의 임상학적 특징을 표 1에 기재하였다. 비-당뇨병 피검자만을 콜레스테롤 (CHOL), log-변환된 트리글리세라이드 (TG), 고-밀도 리포단백질 (HDL), log-변환된 인슐린 및 BMI을 포함하는 대사성 표현형의 연관성 분석을 위해 이용하였는데, 이는 T2DM을 위한 치료가 상기 값들에 영향을 끼칠 수 있기 때문이다. PCK 유전자 내의 유전적 다형성과 T2DM의 위험성 사이에 어떠한 현저한 연관성도 검출되지는 않았지만, 추가의 해플로타입 분석에서 보편적 해플로타입 중 하나인 PCK1-ht3는 T2DM의 위험성에 대해 민감한 효과를 가지는 것으로 밝혀졌다 (P = 0.006, 표 6 참조). Of the common haplotypes identified in the Korean population, only haplotypes with a frequency greater than 0.05 were used for further analysis (see FIGS. 1B and 1D). Haplotype tagged almost (> 90%) by a single SNP was not used for further studies (ht2 in PCK1; ht3 in PCK2). The association of PCK polymorphisms with the risk of T2DM and the diabetic phenotype was analyzed using logistic and multiple regression methods adjusting age, sex and BMI (775 T2DM patients and 316 normal controls). The clinical characteristics of the subjects are listed in Table 1. Only non-diabetic subjects were used for the association analysis of metabolic phenotypes including cholesterol (CHOL), log-converted triglycerides (TG), high-density lipoproteins (HDL), log-converted insulin, and BMI. This is because treatment for T2DM can affect these values. No significant association was detected between genetic polymorphism in the PCK gene and the risk of T2DM, but further haplotype analysis revealed that PCK1-ht3 , one of the common haplotypes, has a sensitive effect on the risk of T2DM. (P = 0.006, see Table 6).
표 6. 환자와 정상 피검자 사이에서 PCK 다형성과 타입 2 당뇨병과의 로지스틱 분석Table 6. Logistic Analysis of PCK Polymorphism and
각 부위의 마이너 대립유전자 빈도 및 공변수로서 연령, 성별 및 BMI를 제어하는, 공동-우성 모델에 대한 로지스틱 분석에 대한 P-값을 제시하였다. 해플로타입 연관성에 대한 aP-값은 공변수로서 연령, 성별 및 BMI를 제어하는, 샤이드 (Schaid) 등 [상기 문헌: 15]에 의해 개발된 알고리즘 (Haplo.Score)에 의해 계산되었다.P-values for logistic analysis for co-dominant models controlling age, gender and BMI as minor allele frequencies and covariates of each site were presented. The a P-value for Haplotype association was calculated by an algorithm developed by Schaid et al. (Haplo.Score, supra), which controls age, sex and BMI as covariates.
몇몇 SNPs 및 해플로타입들은 여러 대사형 형질과 현저한 상관성을 가졌다 (콜레스테롤: PCK1+3404T>C 및 PCK1-ht1 log 변환된 트리글리세라이드: PCK1+4824T>C 및 PCK1-ht1 고 밀도 지질: +1428C>G, +4824T>C 및 PCK1-ht3) (표 7 참조). Some SNPs and haplotypes have significant correlations with several metabolic traits (cholesterol: PCK1 + 3404T> C and PCK1-ht1 log converted triglycerides: PCK1 + 4824T> C and PCK1-ht1 high density lipids: + 1428C> G, + 4824T> C and PCK1-ht3 ) (see Table 7).
표 7. 비-당뇨병 피검자 중에서 공변수로서 연령, 성별 및 BMI를 제어하는, PCK 다형성과 콜레스테롤 (CHOL), log-변환된 트리글리세라이드 (log[TG]) 및 고-밀도 리포단백질 (HDL)과의 회귀 분석Table 7. PCK polymorphism and cholesterol (CHOL), log-converted triglycerides (log [TG]), and high-density lipoproteins (HDL), which control age, sex, and BMI as covariates among non-diabetic subjects. Regression analysis
aC/C, C/R 및 R/R은 각각 보편적 대립유전자에 대한 동형접합자, 및 희귀 대립유전자에 대한 이형접합자 및 동형접합자를 나타낸다. 해플로타입및 이들의 빈도는 스티븐스 (Stephens) 등 [상기 문헌: 14]에 의해 개발된 알고리즘을 사용하여 추론되었다. 유전자형 및 해플로타입 분포 (콜레스테롤 (mg/dl), Log[TG (mg/dl)] 및 HDL (mg/dl)의 평균±SD), 및 P-값 (회귀분석을 위한 공동-우성, 우성 및 열성 모델)을 나타내었다. 해플로타입 연관성에 대한 bP 값은 공변수로서 연령, 성별 및 BMI를 제어하는, 샤이드 (Schaid) 등 [상기 문헌: 15]에 의해 개발된 알고리즘 (Haplo.GLM)을 사용하여 계산되었다. a C / C, C / R and R / R denote homozygotes for universal alleles and heterozygotes and homozygotes for rare alleles, respectively. Haplotypes and their frequencies were inferred using the algorithm developed by Stephens et al. [14]. Genotype and haplotype distribution (mean ± SD of cholesterol (mg / dl), Log [TG (mg / dl)] and HDL (mg / dl), and P-values (co-dominant, dominant for regression analysis) And recessive model). The bP values for the haplotype associations were calculated using an algorithm (Haplo. GLM) developed by Schaid et al. [15], which controls age, gender and BMI as covariates.
이들 중에서 하나의 3' UTR SNP인 +4824T>C는 비-당뇨병 대조군에서 HDL 수준과 극적이고 유전자량-의존적인 연관성을 보였다: 메이져 (major) 대립유전자에 대한 동형접합자 (T/T)를 가진 개체에서 가장 낮은 HDL 수준 (42.73±12.37 mg/dl), 이형접합자 (T/C)를 가진 피검자에서 중간 수준 (48.96±14.45 mg/dl) 및 마이너 (minor) 대립유전자에 대한 동형접합자 (C/C)를 가진 피검자에서 가장 높은 수준 (53.53±10.82 mg/dl) (P = 0.000003, 표 6 참조). 또한, 상기 3' UTR SNP는 TG 수준과 연관되어 있었다: 마이너 대립유전자에 대한 동형접합자 (C/C)를 가진 개체에서 그렇지 않은 개체에서 보다 더 낮은 TG 수준이 발견되었다. 추가 분석에서, 3' UTR SNP 및 PCK1-ht3는 당뇨병 피검자에서 BMI와 현저한 연관성을 보였으나 (각각, P = 0.002 및 P = 0.0002), 이러한 현저한 연관성은 T2DM에 대한 치료가 당뇨병 환자에서 표현형적 값에 영향을 끼칠 수 있기 때문에 신뢰할 수 없었다 (표 8 참조).One of these 3 'UTR SNPs, + 4824T> C, showed a dramatic and gene-dependent association with HDL levels in non-diabetic controls: with homozygotes (T / T) for major alleles Homozygous (C /) for the median level (48.96 ± 14.45 mg / dl) and minor alleles in subjects with the lowest HDL level (42.73 ± 12.37 mg / dl), heterozygotes (T / C) in the subject Highest level in subjects with C) (53.53 ± 10.82 mg / dl) (P = 0.000003, see Table 6). In addition, the 3 'UTR SNP was associated with TG levels: lower TG levels were found in individuals with homozygotes (C / C) for minor alleles than in those not. In a further analysis, 3 'UTR SNP and PCK1-ht3 showed significant association with BMI in diabetic subjects (P = 0.002 and P = 0.0002, respectively), but this significant association was associated with phenotypic values in patients treated with T2DM. It was unreliable because it could affect it (see Table 8).
표 8. 당뇨병 피검자에서 공변수로서 연령, 성별 및 BMI를 제어하는, PCK 다형성과 신체 비만 지수 (BMI), 허리/엉덩이 비 (WHR), 총 콜레스테롤 (CHOL), log-변환된 트리글리세라이드 (Log[TG]) 및 고-밀도 리포단백질 (HDL)과의 회귀 분석Table 8. PCK Polymorphism and Body Obesity Index (BMI), Waist / Hip Ratio (WHR), Total Cholesterol (CHOL), Log-Converted Triglycerides (Log) Controlling Age, Gender, and BMI as Covariates in Diabetic Subjects [TG]) and regression analysis with high-density lipoprotein (HDL)
(표 8 계속)(Continued Table 8)
aC/C, C/R 및 R/R은 각각 보편적 대립유전자에 대한 동형접합자, 및 마이너 대립유전자에 대한 이형접합자 및 동형접합자를 나타낸다. a C / C, C / R and R / R denote homozygotes for universal alleles and heterozygotes and homozygotes for minor alleles, respectively.
유전자형 및 해플로타입 분포 (BMI (Kg/m2), 허리/엉덩이 비, 총 콜레스테롤 (mg/dl), log-변환된 트리글리세라이드 (Log[TG (mg/dl)]) 및 HDL (mg/dl)의 평균±SD), 및 P-값 (회귀 분석을 위한 공동-우성, 우성 및 열성 모델)을 나타내었다.Genotype and haplotype distribution (BMI (Kg / m 2 ), waist / hip ratio, total cholesterol (mg / dl), log-converted triglycerides (Log [TG (mg / dl)]) and HDL (mg / dl) mean ± SD), and P-values (co-dominant, dominant and recessive models for regression analysis).
추가로, 비-당뇨병 피검자에서 공변수로서 연령, 성별 및 BMI를 제어하는, PCK 다형성과 log-변환된 공복 혈당 (Log[FBS]), 신체 비만 지수 (BMI), log-변환된 공복 혈청 인슐린 (Log[인슐린]), 항상성 모델 평가 (HOMA) 및 허리/엉덩이 비 (WHR)와의 회귀 분석을 수행하였다 (하기 표 9 참조).In addition, PCK polymorphism and log-transformed fasting blood glucose (Log [FBS]), body obesity index (BMI), and log-transformed fasting serum insulin that control age, sex, and BMI as covariates in non-diabetic subjects. (Log [insulin]), homeostasis model assessment (HOMA) and regression analysis with waist / hip ratio (WHR) were performed (see Table 9 below).
표 9. 비-당뇨병 피검자에서 공변수로서 연령, 성별 및 BMI를 제어하는, PCK 다형성과 log-변환된 공복 혈당 (Log[FBS]), 신체 비만 지수 (BMI), log-변환된 공복 혈청 인슐린 (Log[인슐린]), 항상성 모델 평가 (HOMA) 및 허리/엉덩이 비 (WHR)와의 회귀 분석Table 9. PCK polymorphism and log-transformed fasting blood glucose (Log [FBS]), body obesity index (BMI), log-transformed fasting serum insulin, controlling age, sex and BMI as covariates in non-diabetic subjects (Log [insulin]), homeostasis model assessment (HOMA) and regression analysis with waist / hip ratio (WHR)
(표 9 계속)(Continued Table 9)
aC/C, C/R 및 R/R은 각각 보편적 대립유전자에 대한 동형접합자, 및 마이너 대립유전자에 대한 이형접합자 및 동형접합자를 나타낸다. 유전자형 및 해플로타입 분포 (log-변환된 공복 혈당 (mg/dl), BMI (Kg/m2), log-변환된 공복 혈청 인슐린 (mg/dl), HOMA 및 허리/엉덩이 비의 평균±SD), 및 P-값 (회귀 분석을 위한 공 동-우성, 우성 및 열성 모델)을 나타내었다 a C / C, C / R and R / R denote homozygotes for universal alleles and heterozygotes and homozygotes for minor alleles, respectively. Genotype and haplotype distribution (mean ± SD of log-converted fasting blood glucose (mg / dl), BMI (Kg / m 2 ), log-converted fasting serum insulin (mg / dl), HOMA, and waist / hip ratio ), And P-values (co-dominant, dominant and recessive models for regression analysis).
이와 같이, 본 발명에서, 해플로타입의 하나인 PCK1-ht3는 T2DM (type 2 diabetes mellitus)의 위험성에 대해 민감한 효과가 있음이 확인되었다. 본 발명에서 확인된 변이/해플로타입 정보와 HDL (high density lipoprotein) 및 TG (triglyceride)의 유전적 연관성은 중요한 유전자의 유전적 역학 (epidemiology) 연구에 유용하게 이용될 수 있다. As such, in the present invention, one of the haplotype PCK1-ht3 was confirmed to have a sensitive effect on the risk of T2DM (
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