CN120138057A - 子宫内膜细胞条件性敲除zxdb基因小鼠模型的构建方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的构建方法,包括以下步骤:设计靶向小鼠ZXDB基因的sgRNA,构建包含该sgRNA的重组载体,再通过体外转录扩增获得目的sgRNA;制备同源模板,在小鼠ZXDB基因的外显子两端添加loxP位点;将目的sgRNA、同源模板与Cas9蛋白孵育后,通过显微注射注入小鼠受精卵,然后将其移植入假孕母鼠,获得F0代小鼠;对F0代小鼠基因型鉴定,筛选出带loxP位点的阳性小鼠;将阳性小鼠与子宫内膜组织特异性Cre小鼠交配,对其子代进行基因型鉴定,得子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型。本发明的构建方法,简单高效,制得的ZXDB基因条件性敲除小鼠模型,为研究ZXDB基因在子宫内膜组织的作用和机制提供了很好的动物模型,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于小鼠模型基因编辑技术领域,具体涉及一种子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的构建方法和应用。
背景技术
条件性敲除(Conditional Knockout)技术是指在特定时间点或特定组织中敲除目标基因,从而避免全身敲除所带来的致死性或严重表型,提供更精确的基因功能解析的一种方法或工具。条件性敲除通过空间(组织特异性)或时间(诱导型)控制基因敲除,可实现对目标基因在特定条件下的研究。
显微注射是一种通过显微镜将液体物质直接注入细胞或胚胎的技术。在进行基因编辑时,可以将显微注射与CRISPR/Cas9技术结合,在同源模板存在的情况下,DNA切割后,进行同源重组,把loxP位点整合进入基因组,显微注射技术在模型构建过程中发挥着重要的角色。
ZXDB基因是染色体Xp11.21上一对复制的锌指基因之一,其同源基因是ZXDA。ZXDB和ZXDA基因起源于非常古老且高度保守的基因复制。在多个物种中高度保守。此外,ZXDB在生物体内相比ZXDA有超高的表达水平,其在生物体内可能扮演更重要的角色。ZXDB基因的突变或变异可能与一些X染色体相关的遗传病有关。为进一步研究ZXDB基因在子宫内膜组织的作用和机制,需要构建条件性敲除ZXDB基因的动物模型,然而,目前尚无ZXDB基因条件性敲除小鼠模型的相关报道。
发明内容
本发明要解决目前缺乏ZXDB基因条件性敲除小鼠模型的技术问题,提供一种子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的构建方法,该构建方法采用双loxP位点分别插入敲除法,相比于传统跨外显子一个同源模板的方法,更加简单高效。
为了解决上述技术问题,本发明通过如下技术方案实现:
在本发明的一个方面,提供了一种子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的构建方法,包括以下步骤:
设计靶向小鼠ZXDB基因的sgRNA,构建包含该sgRNA的重组载体,再通过体外转录扩增获得目的sgRNA;
制备同源模板,在小鼠ZXDB基因的外显子上下游sgRNA切割位点处,分别向左右添加同源臂,并在该左右同源臂中各插入loxP位点;
将目的sgRNA、同源模板与Cas9蛋白孵育后,通过显微注射注入小鼠受精卵,然后将其移植入假孕母鼠中,获得F0代小鼠;
对F0代小鼠进行基因型鉴定,筛选出带有loxP位点的阳性F0代小鼠即为条件性敲除ZXDB基因的flox小鼠;
将阳性flox小鼠与子宫内膜组织特异性Cre小鼠进行交配,并对其子代进行基因型鉴定,选出同时携带flox等位基因和Cre转基因的子代即为子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型。
在本发明的另一方面,还提供了一种用于条件性敲除ZXDB基因的flox小鼠的构建方法,包括以下步骤:
设计靶向小鼠ZXDB基因的sgRNA,构建包含该sgRNA的重组载体,再通过体外转录扩增获得目的sgRNA;
制备同源模板,在小鼠ZXDB基因的外显子上下游sgRNA切割位点处,分别向左右添加同源臂,并在该左右同源臂中各插入loxP位点;
将目的sgRNA、同源模板与Cas9蛋白孵育后,通过显微注射注入小鼠受精卵,然后将其移植入假孕母鼠中,获得F0代小鼠;
对F0代小鼠进行基因型鉴定,筛选出带有loxP位点的阳性F0代小鼠即为条件性敲除ZXDB基因的flox小鼠。
在本发明具体实施例中,所述sgRNA包括SEQ ID NO.1所示的sgRNA1和SEQ IDNO.4所示的sgRNA2。
所述同源模板为单链寡核苷酸同源模板。本发明使用的单链寡核苷酸(ssODN,single-stranded oligodeoxynucleotides)同源模板通常有100到200个碱基长,两侧是40-80个碱基的同源臂。相比之下,双链DNA(dsDNAs)常被用作插入较长序列的项目的修复模板(如报告基因/重组酶敲入蛋白)。与ssODN供体的插入效率相比,dsDNA供体的插入效率较低。本发明所使用的ssODN修复同源模板为单链模板,同源重组具有更高的效率。
在本发明具体实施例中,含loxP位点的左同源臂为80bp,其序列如SEQ ID NO.16所示;含loxP位点的右同源臂为80bp,其序列如SEQ ID NO.17所示。
在本发明的另一方面,还提供了特异性靶向小鼠ZXDB基因的sgRNA,包括SEQ IDNO.1所示的sgRNA1和SEQ ID NO.4所示的sgRNA2。
在本发明的另一方面,还提供了包含上述sgRNA的重组载体。
在本发明的另一方面,还提供了子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的应用,用于研制与X染色体相关遗传病的治疗药物。
在本发明的另一方面,还提供了用于条件性敲除ZXDB基因的flox小鼠在制备组织特异性敲除ZXDB基因的动物模型中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下优势:
(1)现有的CRISPR/Cas9技术一般采用单位点敲除法,本发明采用双loxP位点分别插入敲除法,因为插入的片段比较短,相比于传统跨外显子一个同源模板,具有更高的效率,更容易实现;
(2)本发明针对高GC含量的单一长外显子ZXDB基因在CDS区域设计了两个sgRNA位点,利用显微注射小鼠受精卵同时对小鼠该基因进行编辑,为其他类似基因模型提供了一个很好的借鉴;
(3)本发明基于注射后的胚胎进行直接sgRNA效率的验证以及胚胎编辑的验证,与传统的细胞系验证效率相比,更能模拟基因编辑动物的实际情况,且可以提前验证被移植胚胎是否编辑,不必等到F0小鼠出生即可以评估小鼠编辑的情况,以便后续的改进优化,缩短了科研周期,效率得到提升。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明双sgRNA制备时模板质粒LZP13的图谱图;
图2是本发明为体外转录并纯化后得到的sgRNA1和sgRNA2的电泳检测结果图;
图3是本发明小鼠ZXDB基因Flox位点的设计示意图;
图4是本发明条件性敲除ZXDB基因小鼠的配繁示意图。
具体实施方式
下列实施例中,未注明具体条件的实验方法,通常按常规条件,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
本发明子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的构建方法,利用CRISPR/Cas9技术在小鼠ZXDB基因的外显子(该ZXDB基因只含有一个外显子)两端添加Cre重组酶靶向序列loxP位点,将体外制备的单链DNA模板、sgRNA与cas9蛋白一起孵育,再用显微注射的方法注入小鼠受精卵,制得可用于ZXDB基因条件性基因敲除的flox小鼠。本发明的构建方法简单高效,制得的ZXDB基因条件性敲除小鼠模型可用于研究ZXDB基因在子宫内膜组织的作用和机制。本发明方法制得的flox小鼠可与不同的组织特异性启动子Cre小鼠进行交配繁育,可产生在某些组织特定敲除ZXDB的动物模型。
本发明通过CRISPR/Cas9实现条件性敲除的方法,主要包含三个步骤,在目标基因的关键外显子两侧插入loxP位点,形成floxed基因;通过特定的启动子驱动Cre重组酶在目标组织或在诱导条件下表达;在Cre表达的条件下,Cre重组酶介导loxP位点之间的DNA片段切除,导致目标基因功能丧失,实现条件性敲除。
本发明方法是一种利用CRISPR/Cas9系统条件性敲入loxP位点,并与特定Cre酶小鼠繁育产生条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的方法,包括:
对小鼠ZXDB基因进行flox修饰,得flox小鼠;
将flox小鼠与组织特异性Cre工具鼠配繁,将所得后代相互配繁,得到ZXDB基因条件性敲除动物模型;
所述flox修饰,是利用CRISPR/Cas9技术,并通过同源重组对小鼠ZXDB基因的外显子两端(该ZXDB基因只含有一个外显子)特定位点进行flox修饰;
所述Cre工具鼠的Cre酶特异性表达于子宫内膜组织。
在同源重组过程中,Cas9蛋白在gRNA引导下结合到靶位点,进而造成ZXDB基因DNA双链断裂,靶位点位于ZXDB基因外显子的两侧。
本发明的子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的构建方法,具体包括以下步骤:
设计靶向小鼠ZXDB基因的sgRNA,构建包含该sgRNA的重组载体,再通过体外转录扩增获得目的sgRNA;
制备同源模板,在小鼠ZXDB基因的外显子上下游sgRNA切割位点处,分别向左右添加同源臂,并在该左右同源臂中各插入loxP位点;
将目的sgRNA、同源模板与Cas9蛋白孵育后,通过显微注射注入小鼠受精卵,然后将其移植入假孕母鼠中,获得F0代小鼠;
对F0代小鼠进行基因型鉴定,筛选出带有loxP位点的阳性F0代小鼠即为条件性敲除ZXDB基因的flox小鼠;
将阳性flox小鼠与子宫内膜组织特异性Cre小鼠进行交配,并对其子代进行基因型鉴定,选出同时携带flox等位基因和Cre转基因的子代即为子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型。
在本发明的具体实施例中,子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的构建方法,包括以下步骤:
1)靶向小鼠ZXDB基因的外显子外双sgRNA位点的设计,包括ZXDB sgRNA1和ZXDBsgRNA2,ZXDB sgRNA1的DNA序列如SEQ ID NO:1所示,ZXDB sgRNA2的DNA序列如SEQ ID NO:4所示。
2)靶向小鼠ZXDB基因的双sgRNA的制备,包括ZXDB sgRNA1和ZXDB sgRNA2,包括以下步骤:
步骤1,使用BspQI酶切质粒模板LZP13获得线性化载体,将线性化载体与靶向序列ZXDB sgRNA1和ZXDB sgRNA2利用overlap重组的方式进行连接,获得重组质粒LZP13-ZXDBsgRNA1及LZP13-ZXDB sgRNA2;
步骤2,利用特异性引物LZP13-SG-F/LZP13-SG-R,以重组质粒LZP13-ZXDB sgRNA1及LZP13-ZXDB sgRNA2为模板进行PCR扩增,纯化得到体外转录模板ZXDB sgRNA-IVT-1及ZXDB sgRNA-IVT-2后进行体外转录。
3)单链DNA模板的制备;包括左侧和右侧DNA模板,模板设计好后由测序公司合成。设计如下,在1号外显子上下游100bp处的sgRNA切割位点处,左右各拉80bp同源臂,并在左右同源臂中插入loxP位点。
4)显微注射获得F0小鼠:
PMSG处理ICR/C57B6J雌性小鼠,再注射hCG,与C57B6J雄性小鼠合笼交配,次日取受精卵;上述1)2)中设计得到的2条sgRNA进行纯化,并与Cas9蛋白以及两侧单链DNA模板混合孵育共同注射小鼠胚胎。二细胞胚胎移植入假孕母鼠中,获得F0代小鼠。
5)鉴定F0代小鼠基因型:
提取F0代的幼鼠基因组DNA,PCR扩增目的片段,Sanger测序鉴定基因型,筛选出两侧均带有loxP位点的阳性F0代小鼠。
将完成flox修饰的阳性F0代小鼠和野生型小鼠交配并获得子代小鼠,子代小鼠中保留有flox修饰的杂合转基因小鼠即可用于与Cre工具鼠配繁。
优选的,将F1小鼠与Cre工具鼠交配,获得Cre阳性的杂合转基因F2代小鼠,将F2代小鼠进行相互交配,获得Cre阳性的纯合转基因F3代小鼠。
下述实施例使用的小鼠为C57B6J小鼠,购自上海杰思捷实验动物有限公司,小鼠的ZXDB基因的核苷酸序列为SEQ ID NO:11所示。
下述实施例使用的质粒LZP13的质粒图谱如图1所示,LZP13的核苷酸序列为SEQID NO:12所示。
实施例1子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的构建
子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因模型小鼠的构建方法,包括以下步骤:
1.构建并获取sgRNA体外转录重组质粒
1.1靶向ZXDB基因设计sgRNA
从NCBI数据库中下载小鼠ZXDB基因的核苷酸序列。利用CRISPR在线设计工具CHOPCHOP(http://chopchop.cbu.uib.no/)筛选特异性靶点,找到PAM序列(即NGG)后,取NGG前面的20bp作为目标靶序列,核酸序列如下:
表1sgRNA寡核苷酸序列
1.2CRISPR寡核苷酸链的设计
根据目标靶序列ZXDB sgRNA1及ZXDB sgRNA2设计2对CRISPR寡核苷酸链,在模板链5’端添加AGG,非编码链模板3’端添加AAC,与BspQI酶切模板质粒LZP13后形成的粘性末端互补,寡核苷酸链序列如下:
表2CRISPR寡核苷酸链序列
1.3构建体外转录重组质粒
按表3的体系及程序将两对互补的CRISPR寡核苷酸链进行退火处理后,使用T4PNK磷酸化寡核苷酸链。同时使用BspQI按表4的体系及程序酶切质粒模板LZP13获得线性化载体并用rSAP进行去磷酸化处理。使用TIANGEN通用型DNA纯化回收试剂盒(离心柱型)纯化线性化后的模板质粒,将线性化载体与所述的靶向序列ZXDB sgRNA1和ZXDB sgRNA2利用overlap重组的方式按表5的体系及程序进行连接,获得重组质粒LZP13-ZXDB sgRNA1及LZP13-ZXDB sgRNA2。
表3退火体系第一步:
程序:
第二步;
程序:
| 温度 | 时间 |
| 37℃ | 30min |
| 65℃ | 20min |
表4质粒线性化体系
程序:
| 温度 | 时间 |
| 室温 | 过夜 |
表5连接体系
程序:
| 温度 | 时间 |
| 室温 | 过夜 |
1.4获取重组质粒
将连接后的产物质粒转化至感受态细胞DH5α中,均匀涂至含氨苄抗性的LB固体培养基中,37℃恒温培养14h,挑出单克隆。Sanger测序验证后用8ml含氨苄抗性的LB液体培养基扩大培养,使用TIANGEN无内毒素质粒小提中量试剂盒抽提重组质粒LZP13-ZXDB sgRNA1及LZP13-ZXDB sgRNA2。
2体外转录
2.1IVT模板扩增
根据目的片段设计特异性引物LZP13-SG-F/LZP13-SG-R,引物序列如表6所示。目的片段包括T7 promoter,靶序列及sgRNA scaffold,序列如表7所示。按表8的体系及程序PCR扩增目的片段,使用TIANGEN通用型DNA纯化回收试剂盒(离心柱型)纯化后得到体外转录模板ZXDB sgRNA-IVT-1及ZXDB sgRNA-IVT-2。
表6特异性引物序列
表7IVT模板序列:
表8IVT模板扩增体系:
| 重组质粒 | 1ng |
| LZP13-SG-F(100μM) | 0.5μl |
| LZP13-SG-R(100μM) | 0.5μl |
| 2×Fast Pfu Master Mix(novoprotein E035-01A) | 25μl |
| RNase Free Water | To 50μl |
| 50μl | Total |
程序:
2.2IVT
获得体外转录模板ZXDB sgRNA-IVT-1及ZXDB sgRNA-IVT-2后,利用模板按表9的体系及程序进行体外转录,转录后的产物电泳(图2),使用5mM NaAc和异丙醇纯化后最终获得目的sgRNA。
表9体外转录体系
程序:
| 温度 | 时间 |
| 37℃ | 2h |
3.单链同源模板的制备
包括左侧和右侧DNA模板,模板设计好后由测序公司合成。设计如下:
在1号外显子上下游100bp处的sgRNA切割位点处,左右各拉80bp同源臂,并在左右同源臂中插入loxP位点(见图3小鼠ZXDB基因Flox位点的设计示意图)。
所述loxP位点序列如下:
ATAACTTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTAT(SEQ ID NO.15)
所述左侧单链DNA模板序列如下:
TCTGGGCTGTGTCTTGTGTTCCAGAGCCGCGGTCCCAGCATATTTAAATCACGGTGGCGTTAAATACGTTTTAATATCTGATAACTTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTATATAGGGCCAGTTTCTGCGCATTGCACTTTTTTTCCTTTCAGGAACGTGTTCGGGCCCGCGGCAGGGGGCGGGGTCGCGCC(SEQ ID NO.16)
所述右侧单链DNA模板序列如下:
TTGTTGTTTTTATCACACTCAAATGTGAGAATGTTCTGGAAGGAGCGCTTGCTTGCC
TGCAGTTGTTTCTTGCTGCCTTGATAACTTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTATCAAA
GGAACGCATCTGTGGATTACCAATTTAGGGATTTCAGTTCTCATCTTGAGTCTGGGACTG
ATAAGTTCTCTGACTG(SEQ ID NO.17)
4.构建基因敲除小鼠模型
4.1制备假孕母鼠
使用输精管结扎法制备结扎雄性小鼠两周后,与雌性小鼠合笼,诱导形成假孕雌性小鼠。
4.2获取F0代小鼠
PMSG处理ICR雌性小鼠,48h后注射hCG,将处理后的雌性小鼠与ICR雄性小鼠合笼交配。次日取受精卵进行显微注射,将目的sgRNA,同源模板与Cas9蛋白孵育后共同注射小鼠胚胎。将胚胎移植入假孕母鼠中,获得F0代小鼠;
4.3F0代小鼠的基因型鉴定
将F0代小鼠的鼠尾剪下后,打上耳标,提取F0代的小鼠的尾部基因组DNA。根据靶向位点信息设计特异性引物,左侧位点引物:loxP-F1及loxP-R1;右侧位点引物:loxP-F2及loxP-R2;引物序列如表10所示。按表11的体系及程序PCR扩增目的片段,Sanger测序鉴定基因型,筛选出阳性F0代小鼠。
表10小鼠基因型鉴定特异性引物序列:
使用F1和R2引物进行扩增并使用F1和R2引物分别进行一代测序。用于判定两侧loxP位点是否被添加进去,即单倍型。所述F1和R2引物扩增产物条带3133bp,所述扩增序列如SEQ ID NO.22所示。
表11小鼠基因型鉴定体系
| 模板 | 2μl |
| 10*PCR Buffer for KOD-Plus-Neo(TOYOBO) | 2.5μl |
| 2mM dNTPs | 2.5μl |
| 25mM MgSO4 | 1.2μl |
| F/R(10μM) | 0.5μl each |
| KOD-Plus-Neo(TOYOBO KOD-401) | 0.5μl |
| DMSO | 1μl |
| ddH2O | 14.3μl |
| 25μl | Total |
体系:
LoxP-1位点的引物F1和R1,扩增后的产物,野生型条带:147bp;阳性条带:181bp。
LoxP-2位点的引物F2和R2,扩增后的产物,野生型条带:111bp;阳性条带:145bp。
4.4ZXDB条件敲除小鼠模型的获取及扩繁
阳性floxed的F0代小鼠与子宫内膜组织特异性cre小鼠进行交配,采用PCR分析对子代进行基因型鉴定,确认其携带flox等位基因和Cre转基因。
选择同时携带flox等位基因和Cre转基因的子代,作为未来的条件性敲除模型。
将选出的双阳性小鼠与适当的同性或杂交小鼠进行配对(配繁示意图见图4),以维持或扩繁特定基因型的种群。
如图4所示,将阳性flox杂合转基因小鼠与Cre工具鼠交配,获得Cre阳性的杂合转基因F2代小鼠,将该F2代小鼠进行交配,获得Cre阳性的纯合转基因F3代小鼠。
根据Cre表达载体的启动子,确认特定位点的目标基因是否被有效敲除。可通过PCR、Western blot或免疫组化等方法验证。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
设计靶向小鼠ZXDB基因的sgRNA,构建包含该sgRNA的重组载体,再通过体外转录扩增获得目的sgRNA;
制备同源模板,在小鼠ZXDB基因的外显子上下游sgRNA切割位点处,分别向左右添加同源臂,并在该左右同源臂中各插入loxP位点;
将目的sgRNA、同源模板与Cas9蛋白孵育后,通过显微注射注入小鼠受精卵,然后将其移植入假孕母鼠中,获得F0代小鼠;
对F0代小鼠进行基因型鉴定,筛选出带有loxP位点的阳性F0代小鼠即为条件性敲除ZXDB基因的flox小鼠;
将阳性flox小鼠与子宫内膜组织特异性Cre小鼠进行交配,并对其子代进行基因型鉴定,选出同时携带flox等位基因和Cre转基因的子代即为子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型。
2.一种用于条件性敲除ZXDB基因的flox小鼠的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
设计靶向小鼠ZXDB基因的sgRNA,构建包含该sgRNA的重组载体,再通过体外转录扩增获得目的sgRNA;
制备同源模板,在小鼠ZXDB基因的外显子上下游sgRNA切割位点处,分别向左右添加同源臂,并在该左右同源臂中各插入loxP位点;
将目的sgRNA、同源模板与Cas9蛋白孵育后,通过显微注射注入小鼠受精卵,然后将其移植入假孕母鼠中,获得F0代小鼠;
对F0代小鼠进行基因型鉴定,筛选出带有loxP位点的阳性F0代小鼠即为条件性敲除ZXDB基因的flox小鼠。
3.根据权利要求1或2所述的构建方法,其特征在于,所述sgRNA包括SEQ ID NO.1所示的sgRNA1和SEQ ID NO.4所示的sgRNA2。
4.根据权利要求1或2所述的构建方法,其特征在于,所述同源模板为单链寡核苷酸同源模板。
5.根据权利要求1或2所述的构建方法,其特征在于,所述含loxP位点的左同源臂的序列如SEQ ID NO.16所示。
6.根据权利要求1或2所述的构建方法,其特征在于,所述含loxP位点的右同源臂的序列如SEQ ID NO.17所示。
7.特异性靶向小鼠ZXDB基因的sgRNA,其特征在于,所述sgRNA包括SEQ ID NO.1所示的sgRNA1和SEQ ID NO.4所示的sgRNA2。
8.包含权利要求7所述sgRNA的重组载体。
9.子宫内膜细胞条件性敲除ZXDB基因小鼠模型的应用,用于研制与X染色体相关遗传病的治疗药物。
10.用于条件性敲除ZXDB基因的flox小鼠在制备组织特异性敲除ZXDB基因的动物模型中的应用。
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