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Development of fixed target micro-crystallography dedicated to structural dynamics study

Planned Research

Project AreaNon-equilibrium-state molecular movies and their applications
Project/Area Number 19H05783
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

Yamamoto Masaki  国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 部門長 (60241254)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 熊坂 崇  公益財団法人高輝度光科学研究センター, 構造生物学推進室, 室長 (30291066)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥100,880,000 (Direct Cost: ¥77,600,000、Indirect Cost: ¥23,280,000)
Fiscal Year 2023: ¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000)
Fiscal Year 2022: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2021: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2020: ¥22,490,000 (Direct Cost: ¥17,300,000、Indirect Cost: ¥5,190,000)
Fiscal Year 2019: ¥29,770,000 (Direct Cost: ¥22,900,000、Indirect Cost: ¥6,870,000)
KeywordsX線結晶構造解析 / 構造ダイナミクス / 放射光 / In-situ測定 / 微小結晶構造解析 / 室温構造解析
Outline of Research at the Start

生命科学や創薬科学にとって重要なタンパク質の構造ダイナミクス研究の振興を目指して、動的X線結晶構造解析の汎用化に貢献する「固定ターゲットによる高効率高精度X線回折データ収集技術」と「In-situ測定用試料雰囲気制御技術」を研究開発する。
固定ターゲットX線回折データ収集技術では、動的X線結晶構造解析成功の鍵といえる「微小結晶の微弱な回折強度の正確な測定」に適した真空回折計を開発する。また、in-situ測定用試料雰囲気制御技術では、これまで開発してきた試料雰囲気制御装置の温度制御範囲拡大等の高度化を実施する。最終的に、二つの技術を融合して動的X線結晶構造解析の高度化に貢献する。

Outline of Final Research Achievements

We have developed a vacuum diffractometer for high-precision data collection on a fixed target and an in-situ measurement system for the generalization of dynamic X-ray crystallography. The vacuum diffractometer was found to be effective for low-background high S/N measurements, as the background was reduced by 99.9% under vacuum conditions compared to atmospheric conditions. The high-temperature humidity controller for the in-situ measurement system was used to control humidity up to 70°C and detect changes in protein structure and hydration structure. In addition, an injector-based microcrystal room temperature serial data collection combining the rtHAG and SS-ROX methods was successfully used for structural analysis. We also succeeded in developing a crystallization method suitable for humidity conditioning measurements to create different crystal systems depending on the scaffold protein.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

構造ダイナミクス研究に向けXFELビームタイムの確保が律速となるSFX法に加え、リング型放射光でも固定した多量の微小結晶のからの動的X線結晶構造解析の高度化が求められている。真空回折計は低バックグラウンド高S/N測定を実現して、構造変化の同期に有利なナノメートルサイズ結晶からの動的X線結晶構造解析を可能にする。また、非凍結での構造解析を実現するin-situ測定系は、恒温動物の体温域まで測定範囲を拡張しSS-ROX法と組み合わせることでタンパク質の生理活性温度環境での構造決定を可能にした。これらの技術開発により、広範な測定条件でのタンパク質の動的X線結晶構造解析を可能にする。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (74 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 14 results) Presentation (56 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 8 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Liverpool(英国)

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      Imaizumi Riki、Matsuura Hiroaki、Yanai Taro、Takeshita Kohei、Misawa Shuto、Yamaguchi Haruhiko、Sakai Naoki、Miyagi‐Inoue Yukino、Suenaga‐Hiromori Miki、Waki Toshiyuki、Kataoka Kunishige、Nakayama Toru、Yamamoto Masaki、Takahashi Seiji、Yamashita Satoshi
    • Journal Title

      ChemBioChem

      Volume: 25 Issue: 7

    • DOI

      10.1002/cbic.202300796

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      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 300 Issue: 5 Pages: 107289-107289

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      Matsuura Hiroaki、Sakai Naoki、Toma-Fukai Sachiko、Muraki Norifumi、Hayama Koki、Kamikubo Hironari、Aono Shigetoshi、Kawano Yoshiaki、Yamamoto Masaki、Hirata Kunio
    • Journal Title

      Acta Crystallographica Section D Structural Biology

      Volume: 79 Issue: 10 Pages: 909-924

    • DOI

      10.1107/s2059798323007039

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    • DOI

      10.26508/lsa.202302001

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      松浦滉明, 坂井直樹, 河野能顕, 山本雅貴, 平田邦生
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      放射光

      Volume: 36 Pages: 232-242

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      The Journal of Biochemistry

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      10.1093/jb/mvad048

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      Nihon Kessho Gakkaishi

      Volume: 64 Issue: 4 Pages: 294-299

    • DOI

      10.5940/jcrsj.64.294

    • ISSN
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      BABA Seiki、MURAKAWA Takeshi
    • Journal Title

      Nihon Kessho Gakkaishi

      Volume: 64 Issue: 4 Pages: 285-289

    • DOI

      10.5940/jcrsj.64.285

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • Year and Date
      2022-12-15
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      YAMAMOTO Masaki、HIRATA Kunio、HASEGAWA Kazuya
    • Journal Title

      Nihon Kessho Gakkaishi

      Volume: 64 Issue: 1 Pages: 2-9

    • DOI

      10.5940/jcrsj.64.2

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • Year and Date
      2022-02-28
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      Rose Samuel L.、Baba Seiki、Okumura Hideo、Antonyuk Svetlana V.、Sasaki Daisuke、Hedison Tobias M.、Shanmugam Muralidharan、Heyes Derren J.、Scrutton Nigel S.、Kumasaka Takashi、Tosha Takehiko、Eady Robert R.、Yamamoto Masaki、Hasnain S. Samar
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Issue: 30

    • DOI

      10.1073/pnas.2205664119

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    • Author(s)
      Matsuura Hiroaki、Sakai Naoki、Toma-Fukai Sachiko、Muraki Norifumi、Hayama Koki、Kamikubo Hironari、Aono Shigetoshi、Kawano Yoshiaki、Yamamoto Masaki、Hirata Kunio
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: X

    • DOI

      10.1101/2022.09.13.507775

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      MATSUURA Hiroaki、SAKAI Naoki
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      Nihon Kessho Gakkaishi

      Volume: 63 Issue: 3 Pages: 219-221

    • DOI

      10.5940/jcrsj.63.219

    • NAID

      130008083578

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
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      Volume: 63 Issue: 3 Pages: 216-218

    • DOI

      10.5940/jcrsj.63.216

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      130008083579

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      0369-4585, 1884-5576
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      2021-08-31
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    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 3877-3877

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      10.1038/s41598-021-83401-y

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      Hasegawa Kazuya、Baba Seiki、Kawamura Takashi、Yamamoto Masaki、Kumasaka Takashi
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      Acta Crystallographica Section D Structural Biology

      Volume: 77 Issue: 3 Pages: 300-312

    • DOI

      10.1107/s2059798321001686

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      Journal of Applied Crystallography

      Volume: 52 Issue: 4 Pages: 699-705

    • DOI

      10.1107/s1600576719006435

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    • Invited
  • [Presentation] Development of in-vacuum diffractometer for micro-crystallography at SPring-82022

    • Author(s)
      Matsuura Hiroaki, Ago Hideo, Hirata Kunio, Ueno Go, Suzuki Akihiro, Yamamoto Masaki
    • Organizer
      Molecular Movie International Symposium 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SPring-8 MX-BLにおける自動化技術と高輝度微小ビームを駆使した構造多様性解析2022

    • Author(s)
      松浦滉明, 平田邦生, 坂井直樹, 竹下浩平, 當舎武彦, 河野能顕, 山本雅貴
    • Organizer
      第22回日本蛋白質科学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 時分割構造解析に向けたSPring-8 BL41UXの高度化2022

    • Author(s)
      長谷川和也, 馬場清喜, 河村高志, 村上博則, 増永拓也, 山本雅貴, 熊坂崇
    • Organizer
      第22回日本蛋白質科学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] タンパク質の作用機序解明に迫る結晶構造解析の新たな展開2022

    • Author(s)
      松浦滉明, 平田邦生, 坂井直樹, 河野能顕, 山本雅貴
    • Organizer
      第48回生体分子科学討論会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 共用ビームラインの現状報告2022

    • Author(s)
      馬場清喜
    • Organizer
      蛋白研セミナー:第81 回SPring-8 先端利用技術ワークショップ
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] JASRI 構造生物学推進室 測定技術開発チーム2022

    • Author(s)
      長谷川和也, 馬場清喜, 水野伸宏, 奥村英夫, 村上博則, 増永拓也, 八木直人, 熊坂崇
    • Organizer
      SPring-8シンポジウム2022
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Serial Synchrotron Crystallography at SPring-82022

    • Author(s)
      Hasegawa Kazuya
    • Organizer
      Asia-Oceania Conference on Synchrotron Radiation Instruments 2022
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 酵素反応機構の解明に迫るX線結晶構造解析法の新展開2022

    • Author(s)
      松浦滉明
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
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      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] SPring-8を用いたシリアル結晶構造解析2022

    • Author(s)
      長谷川和也
    • Organizer
      令和4年度 新学術領域研究「高速分子動画」シンポジウム
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 回折データの分類によるXRDベースの構造多型解析2022

    • Author(s)
      松浦滉明, 平田邦生, 中山楓, 坂井直樹, 河野能顕, 山本雅貴
    • Organizer
      令和4年度新学術領域研究「高速分子動画」シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 階層的クラスタリングを用いた構造多型解析の現状2022

    • Author(s)
      松浦滉明, 平田邦生, 坂井直樹, 河野能顕, 山本雅貴
    • Organizer
      令和4年度日本結晶学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] HAG法を用いた非凍結タンパク質結晶顕微分光測定システムの開発2022

    • Author(s)
      馬場清喜, 村川武志, 河村高志, 入江崇起, 河野能顕, 奥村英夫, 水野伸宏, 長谷川和也, 山本雅貴, 熊坂崇
    • Organizer
      令和4年度日本結晶学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] SPring-8 BL41XUにおける常温回折測定環境の開発2022

    • Author(s)
      奥村英夫, 馬場清喜, 長谷川和也, 河村高志, 村上博則, 増永拓也, 山本雅貴, 熊坂崇
    • Organizer
      令和4年度日本結晶学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的構造解析に向けたSPring-8 BL41XUの高度化構想2022

    • Author(s)
      長谷川和也, 馬場清喜, 河村高志, 村上博則, 増永拓也, 山本雅貴, 熊坂崇
    • Organizer
      第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 階層的クラスタリングを用いた回折データの分類と構造多型の解析2021

    • Author(s)
      松浦滉明, 平田邦生, 坂井直樹, 河野能顕, 山本雅貴
    • Organizer
      第21回日本蛋白質科学会年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] タンパク質結晶回折ビームラインの現状と今後2021

    • Author(s)
      長谷川和也, 馬場清喜, 水野伸宏, 奥村英夫, 河村高志, 村上博則, 仲村勇樹, 増永拓也,小倉章衣, Marcel Bokhove, 堀坂恵美, 石原知子, 八木直人, 熊坂崇
    • Organizer
      SPring-8シンポジウム
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 共用ビームラインの現状報告2021

    • Author(s)
      長谷川和也
    • Organizer
      SPring-8 先端利用技術ワークショップ / 蛋白研セミナー
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 階層的クラスタリングを用いた回折データ分類による構造多様性解析法の検討2021

    • Author(s)
      松浦滉明
    • Organizer
      高速分子動画シンポジウム
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] サブミクロン結晶からの構造決定を目指した微小結晶解析基盤の開発2021

    • Author(s)
      松浦滉明、小林周、鈴木明大、平田邦生、上野剛、吾郷日出夫、山本雅貴
    • Organizer
      高速分子動画シンポジウム
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 構造多型解析に向けた回折データ分類の検討2021

    • Author(s)
      松浦滉明, 坂井直樹, 平田邦生, 河野能顕, 山本雅貴
    • Organizer
      日本結晶学会令和3年度年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] A new trend of protein crystallography: polymorph analysis using hierarchical clustering of diffraction data2021

    • Author(s)
      Hiroaki Matsuura, Kunio Hirata, Naoki Sakai, Yoshiaki Kawano, Masaki Yamamoto
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      PDB 50th Anniversary Symposium in Asia
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 時分割構造解析に向けたSPring-8 BL41XUの高度化構想2021

    • Author(s)
      長谷川和也, 馬場清喜, 河村高志, 村上博則, 増永拓也, 山本雅貴, 熊坂崇
    • Organizer
      日本結晶学会年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 理研構造ゲノムビームラインI & IIの現状2021

    • Author(s)
      上野剛,奥村英夫,伊藤翔,仲村勇樹, 馬場清喜,村上博則,平田邦生,河野能顕,引間孝明, 増永拓也,水野伸宏,河村高志,長谷川和也,熊坂崇,山本雅貴
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] SPring-8共用タンパク質結晶解析ビームラインの現状2021

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      奥村英夫,長谷川和也, 馬場清喜, 水野伸宏, 河村高志, 村上博則, 仲村勇樹, 増永拓也, 平田邦生, 坂井直樹, 上野剛, 山本雅貴, 熊坂崇
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] SPring-8共用タンパク質結晶回折ビームラインの現状2020

    • Author(s)
      馬場清喜, 長谷川和也, 水野伸宏, 奥村英夫, 河村高志, 村上博則, 仲村勇樹, 増永拓也, 熊坂崇
    • Organizer
      日本結晶学会2020年度年会
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  • [Presentation] 室温での結晶回折実験~開発と利用2020

    • Author(s)
      熊坂崇
    • Organizer
      令和二年度新学術領域研究「高速分子動画」シンポジウム
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] SPring-8 PX-BL 自動測定・遠隔測定の現状2020

    • Author(s)
      熊坂崇
    • Organizer
      SPring-8シンポジウム2020
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      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] SPring-8におけるシリアル放射光結晶解析法の開発2020

    • Author(s)
      熊坂崇
    • Organizer
      第58回日本生物物理学会年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Fixed-target serial synchrotron crystallography combined with HAG method for room temperature measurement2019

    • Author(s)
      Kumasaka T, Hasegawa K, Baba S, Kawamura T, Yamashita K, Hirata K, Yamamoto M.
    • Organizer
      ACA2019
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Room temperature fixed target serial synchrotron rotation crystallography combined with HAG method.2019

    • Author(s)
      Hasegawa K, Baba S, Kawamura T, Yamashita K, Hirata K, Yamamoto M, Kumasaka T
    • Organizer
      ISDSB 2019
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 調温 HAG 法によるタンパク質非凍結結晶構造解析の現状2019

    • Author(s)
      馬場清喜・村川武志・水野伸宏・奥村英夫・熊坂崇
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      日本結晶学会令和元年度年会
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  • [Presentation] SPring-8 共用タンパク質結晶回折ビームラインの現状2019

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      水野伸宏・長谷川和也・馬場清喜・奥村英夫・河村高志・中林誠・村上博則・仲村勇樹・増永拓也・熊坂崇
    • Organizer
      日本結晶学会令和元年度年会
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      大塚裕貴・尾崎愛美・中林誠・河村高志・水野伸宏・仲村勇樹・長谷川和也・山口宏・熊坂崇
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      日本結晶学会令和元年度年会
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  • [Book] 生体高分子結晶のX線構造解析―実践手法と基礎理論―2022

    • Author(s)
      竹中章郎, 熊坂崇, 近藤次郎, 角南智子, 茶竹俊行, 森下えら
    • Total Pages
      332
    • Publisher
      丸善出版
    • ISBN
      4621307061
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      2021 Annual Research Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2025-01-30  

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