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Elucidation of a novel lysosomal degradation pathway for aberrant membrane proteins at the endoplasmic reticulum

Research Project

Project/Area Number 21H04760
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research InstitutionTokyo Medical and Dental University (2024)
The University of Tokyo (2021-2023)

Principal Investigator

一條 秀憲  東京医科歯科大学, 高等研究院, 特別栄誉教授 (00242206)

Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥41,730,000 (Direct Cost: ¥32,100,000、Indirect Cost: ¥9,630,000)
Fiscal Year 2024: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Keywords膜タンパク質品質管理 / TOLLIP / リソソーム / 膜タンパク質 / オートファジー / タンパク分解 / オートファジー・リソソーム系 / 小胞体ストレス / ER-phagy / タンパク質分解 / VPS34 / ERAD
Outline of Research at the Start

小胞体で合成される膜タンパク質のうち、折りたたみに失敗して生じた不良膜タンパク質は有害であるため、分解されて細胞内から速やかに除去される。このとき、分解基質はプロテアソームへ輸送されて分解されるというのがこれまでの常識であった。しかし我々は最近、ある細胞質タンパク質が小胞体膜上の基質を認識したのちリソソームへ輸送して分解するという、新たな不良膜タンパク質分解経路を発見した。本研究では、このリソソーム分解経路の詳細をゲノムワイドスクリーニングやイメージング解析などを駆使して分子レベルで解明し、膜タンパク質の品質管理という重要な細胞機能を担う、生命の新たな基本原理として提唱することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

課題1)TOLLIP依存的な不良膜タンパク質リソソーム分解機構の解析
前年度までの解析の結果、細胞質局在アダプター分子TOLLIPが小胞体に蓄積した様々なフォールディング異常の不良膜タンパク質を認識し、選択的にリソソーム分解へ導くことを明らかにした。本年度は、TOLLIPが認識した不良膜タンパク質基質をどのようにリソソームへと輸送するかを解明するため、BiFC(Bimolecular Fluorescence Complementation)法および光-電子相関顕微鏡法(CLEM)を用いた解析を当研究科機能病態学教室との共同研究として実施した。具体的には、2分割した蛍光タンパク質VenusをTOLLIPと不良膜タンパク質基質とにそれぞれ付加し、基質を認識した状態のTOLLIPのみが蛍光を発するコンストラクトを作成した。この蛍光はリン脂質PI3Pが豊富なpuncta構造と共局在し、このpunctaを電子顕微鏡観察するとエンドソーム様の一層の脂質二重膜で覆われた小胞であることが明らかになった。この結果から、TOLLIPは小胞体膜上の基質を認識したのち、基質とともにPI3Pが豊富な輸送小胞へ移行し、これにより最終的な基質のリソソームへの輸送が促されることが示唆された。さらに以上の研究成果を本年度、国際学術誌にて論文報告した(Hayashi et al., EMBO J, 2023)。
課題2)TOLLIP非依存的なリソソーム分解経路の分子機構の探索
前年度までの解析の結果、Connexin50の白内障変異体をはじめ、TOLLIPに依存せずにリソソーム分解される不良膜タンパク質も多数存在することが明らかになった。そこで本年度は、ゲノムワイドCRISPR/Cas9スクリーニングを実施し、Connexin50変異体のリソソーム分解に必要な因子を13因子同定した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

TOLLIP依存的な不良膜タンパク質のリソソーム分解機構に関する論文を、本年度中に国際学術誌にて報告することができ(Hayashi et al., EMBO J, 2023)、さらにCRISPR/Cas9スクリーニングで新たな不良膜タンパク質分解制御因子を多数同定できたため。

Strategy for Future Research Activity

課題1)TOLLIP依存的な不良膜タンパク質のリソソームへの輸送機構
TOLLIPが小胞輸送を用いて不良膜タンパク質基質をリソソームへと輸送することは解明できたが、基質がどのように小胞体から搬出されるかは不明瞭である。ER exit site構成因子やReticulon homology domain (RHD) タンパク質など、小胞体からの出芽を促すような因子がTOLLIP依存的な不良膜タンパク質の搬出に関与するか検討予定である。
課題2)TOLLIP非依存的なリソソーム分解経路の解析
ゲノムワイドCRISPR/Cas9スクリーニングで同定したConnexin50変異体のリソソーム分解に必要な因子群について、基質の選択的認識、小胞体からの搬出、小胞輸送、リソソームでの分解などのうちどのステップに関わるかを詳細に解析する。これにより、TOLLIP非依存的なリソソーム分解経路の全体像の解明を目指す。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (56 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (19 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 19 results,  Open Access: 15 results) Presentation (37 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 14 results)

  • [Journal Article] A guideline on the molecular ecosystem regulating ferroptosis2024

    • Author(s)
      Dai Enyong、(他33名)、Ichijo Hidenori、(他10名)、Stockwell Brent R.、Kroemer Guido、Tang Daolin
    • Journal Title

      Nature Cell Biology

      Volume: - Issue: 9 Pages: 1447-1457

    • DOI

      10.1038/s41556-024-01360-8

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Accumulation of annexin A2 and S100A10 prevents apoptosis of apically delaminated, transformed epithelial cells2023

    • Author(s)
      Ito Shoko、Kuromiya Keisuke、Sekai Miho、Sako Hiroaki、Sai Kazuhito、Morikawa Riho、Mukai Yohei、Ida Yoko、Anzai Moe、Ishikawa Susumu、Kozawa Kei、Shirai Takanobu、Tanimura Nobuyuki、Sugie Kenta、Ikenouchi Junichi、Ogawa Motoyuki、Naguro Isao、Ichijo Hidenori、Fujita Yasuyuki
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 120 Issue: 43

    • DOI

      10.1073/pnas.2307118120

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sodium ion influx regulates liquidity of biomolecular condensates in hyperosmotic stress response2023

    • Author(s)
      Morishita Kazuhiro、Watanabe Kengo、Naguro Isao、Ichijo Hidenori
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 42 Issue: 4 Pages: 112315-112315

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2023.112315

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] TOLLIP acts as a cargo adaptor to promote lysosomal degradation of aberrant ER membrane proteins2023

    • Author(s)
      Hayashi Yuki、Takatori Sho、Warsame Waleed Y、Tomita Taisuke、Fujisawa Takao、Ichijo Hidenori
    • Journal Title

      The EMBO Journal

      Volume: 42 Issue: 23

    • DOI

      10.15252/embj.2023114272

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Apoptotic cell death in disease?Current understanding of the NCCD 20232023

    • Author(s)
      Vitale Ilio、(他92名)、Ichijo Hidenori、(他33名)、Galluzzi Lorenzo
    • Journal Title

      Cell Death & Differentiation

      Volume: 30 Issue: 5 Pages: 1097-1154

    • DOI

      10.1038/s41418-023-01153-w

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  • [Journal Article] Mitochondria directly sense osmotic stress to trigger rapid metabolic remodeling via regulation of pyruvate dehydrogenase phosphorylation2023

    • Author(s)
      Ikizawa Takeshi、Ikeda Kazutaka、Arita Makoto、Kitajima Shojiro、Soga Tomoyoshi、Ichijo Hidenori、Naguro Isao
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 299 Issue: 2 Pages: 102837-102837

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.102837

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  • [Journal Article] NAMPT-dependent NAD+ salvage is crucial for the decision between apoptotic and necrotic cell death under oxidative stress.2022

    • Author(s)
      Takuto Nishida, Isao Naguro and Hidenori Ichijo
    • Journal Title

      Cell Death Discovery

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 195-195

    • DOI

      10.1038/s41420-022-01007-3

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cellular analysis of SOD1 protein-aggregation propensity and toxicity: a case of ALS with slow progression harboring homozygous SOD1-D92G mutation2022

    • Author(s)
      M. Sawamura, K. Imamura, R. Hikawa, T. Enami, A. Nagahashi, H. Yamakado, H. Ichijo, T. Fujisawa, H. Yamashita, S. Minamiyama, M. Kaido, H. Wada, M. Urushitani, H. Inoue, N. Egawa, R. Takahashi
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 12636-12636

    • DOI

      10.1038/s41598-022-16871-3

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ASK1 signaling regulates phase-specific glial interactions during neuroinflammation2022

    • Author(s)
      Guo Xiaoli、Kimura Atsuko、Namekata Kazuhiko、Harada Chikako、Arai Nobutaka、Takeda Kohsuke、Ichijo Hidenori、Harada Takayuki
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Issue: 6

    • DOI

      10.1073/pnas.2103812119

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] mTOR-AKT Signaling in Cellular Clock Resetting Triggered by Osmotic Stress.2022

    • Author(s)
      Yoshitane H, Imamura K, Okubo T, Otobe Y, Kawakami S, Ito S, Takumi T, Hattori K, Naguro I, Ichijo H, Fukada Y
    • Journal Title

      Antioxid Redox Signal

      Volume: in press Issue: 10-12 Pages: 631-646

    • DOI

      10.1089/ars.2021.0059

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  • [Journal Article] Cells recognize osmotic stress through liquid-liquid phase separation lubricated with poly(ADP-ribose)2021

    • Author(s)
      Watanabe Kengo、Morishita Kazuhiro、Zhou Xiangyu、Shiizaki Shigeru、Uchiyama Yasuo、Koike Masato、Naguro Isao、Ichijo Hidenori
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 1353-1353

    • DOI

      10.1038/s41467-021-21614-5

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  • [Journal Article] FGF21 Induced by the ASK1-p38 Pathway Promotes Mechanical Cell Competition by Attracting Cells2021

    • Author(s)
      Ogawa Motoyuki、Kawarazaki Yosuke、Fujita Yasuyuki、Naguro Isao、Ichijo Hidenori
    • Journal Title

      Current Biology

      Volume: 31 Issue: 5 Pages: 1048-1057

    • DOI

      10.1016/j.cub.2020.11.052

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  • [Journal Article] ASKA technology-based pull-down method reveals a suppressive effect of ASK1 on the inflammatory NOD-RIPK2 pathway in brown adipocytes?2021

    • Author(s)
      Takayanagi Saki、Watanabe Kengo、Maruyama Takeshi、Ogawa Motoyuki、Morishita Kazuhiro、Soga Mayumi、Hatta Tomohisa、Natsume Tohru、Hirano Tomoya、Kagechika Hiroyuki、Hattori Kazuki、Naguro Isao、Ichijo Hidenori
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 22009-22009

    • DOI

      10.1038/s41598-021-01123-7

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  • [Journal Article] The mitochondrial Ca2+ uptake regulator, MICU1, is involved in cold stress‐induced ferroptosis2021

    • Author(s)
      Nakamura Toshitaka、Ogawa Motoyuki、Kojima Kazuki、Takayanagi Saki、Ishihara Shunya、Hattori Kazuki、Naguro Isao、Ichijo Hidenori
    • Journal Title

      EMBO reports

      Volume: 22 Issue: 5

    • DOI

      10.15252/embr.202051532

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ASK1 suppresses NK cell-mediated intravascular tumor cell clearance in lung metastasis.2021

    • Author(s)
      Fujimoto, M., Kamiyama, M., Fuse, K., Ryuno, H., Odawara, T., Furukawa, N., Yoshimatsu, Y., Watabe, T., Michaela, P.-M., Veronika, S., Tahara, H., Hayakawa, Y., Sato, T., Takeda, K., Naguro, I. and Ichijo, H.
    • Journal Title

      Cancer Science

      Volume: 112 Issue: 4 Pages: 1633-1643

    • DOI

      10.1111/cas.14842

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  • [Journal Article] ERAD components Derlin-1 and Derlin-2 are essential for postnatal brain development and motor function2021

    • Author(s)
      Sugiyama T, Murao N, Kadowaki H, Takao K, Miyakawa T, Matsushita Y, Katagiri T, Futatsugi A, Shinmyo Y, Kawasaki H, Sakai J, Shiomi K, Nakazato M, Takeda K, Mikoshiba K, Ploegh HL, Ichijo H, Nishitoh H
    • Journal Title

      iScience

      Volume: 24 Issue: 7 Pages: 102758-102758

    • DOI

      10.1016/j.isci.2021.102758

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  • [Journal Article] Elevated placental histone H3K4 methylation via upregulated histone methyltransferases SETD1A and SMYD3 in preeclampsia and its possible involvement in hypoxia-induced pathophysiological process.2021

    • Author(s)
      H. Matsui, T. Iriyama, S. Sayama, N. Inaoka, K. Suzuki, M. Yoshikawa, M. Ichinose, K. Sone, K. Kumasawa, T. Nagamatsu, T. Fujisawa, I. Naguro, H. Ichijo, T. Fujii, Y. Osuga
    • Journal Title

      Placenta

      Volume: 115 Pages: 60-69

    • DOI

      10.1016/j.placenta.2021.09.009

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    • Author(s)
      De Blasio Carlo、Verma Nagendra、Moretti Marta、Cialfi Samantha、Zonfrilli Azzurra、Franchitto Matteo、Truglio Federica、De Smaele Enrico、Ichijo Hidenori、Naguro Isao、Screpanti Isabella、Talora Claudio
    • Journal Title

      Cell Death Discovery

      Volume: 7 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s41420-021-00459-3

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  • [Journal Article] A Novel Lens for Cell Volume Regulation: Liquid-Liquid Phase Separation2021

    • Author(s)
      Ishihara, S., Ichijo, H., Watanabe, K.
    • Journal Title

      Cellular Physiology and Biochemistry

      Volume: 55 Issue: S1 Pages: 135-160

    • DOI

      10.33594/000000357

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    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
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    • Author(s)
      Hayashi, Y.、Ichijo, H.
    • Organizer
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      林裕輝、一條秀憲
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      一條秀憲
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      第436回和漢薬セミナー
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      一條秀憲
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      一條秀憲
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      令和5年度日本生化学会九州支部例会
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      一條秀憲
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      一條秀憲
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      名黒功、一條秀憲
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      Hayashi, Y.、Ichijo, H.
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細胞がストレスを感じる仕組みと疾患~分子クラウディングとLLPSによる浸透圧センシング~2022

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      第59回日本生化学会北海道支部例会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞がストレスを感じる仕組みと疾患2022

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      第96回日本薬理学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 亜鉛欠乏刺激下におけるSOD1の新規結合因子からALSの病態分子機構に迫る2022

    • Author(s)
      田中志和、藤澤貴央、一條秀憲
    • Organizer
      第21回東京大学生命科学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] DNA DAMAGE RESPONSE SIGNALING TO MITOCHONDRIA DRIVES CELLULAR SENESCENCE THROUGH METABOLIC AND EPIGENETIC REPROGRAMMING2022

    • Author(s)
      Yamuchi, S.、Ichijo, H.
    • Organizer
      FASEB:The Transcription
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 亜鉛欠乏刺激下におけるSOD1の新規結合因子からALSの病態分子機構に迫る2021

    • Author(s)
      田中志和、藤澤 貴央、一條秀憲
    • Organizer
      第94回日本生化学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 選択的リソソーム分解を介した小胞体における膜タンパク質の新たな品質管理機構2021

    • Author(s)
      林裕輝、一條秀憲
    • Organizer
      第94回日本生化学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ゲノムワイドCRISPR/Cas9スクリーニングによる小胞体における不良膜タンパク質のリソソーム分解機構の探索2021

    • Author(s)
      早川怜志、林裕輝、一條秀憲
    • Organizer
      第94回日本生化学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 選択的リソソーム分解を介した小胞体における膜タンパク質の新たな品質管理機構2021

    • Author(s)
      林裕輝、一條秀憲
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ナトリウムイオンが高浸透圧ストレス下で形成される細胞内液滴の流動性を制御する2021

    • Author(s)
      森下和浩、渡邊謙吾、名黒功、一條秀憲
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] TRAF2は浸透圧刺激下でのstress granule形成の時空間的に制御する2021

    • Author(s)
      石原駿弥、渡邊謙吾、名黒功、一條秀憲
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 亜鉛欠乏刺激下におけるSOD1の新規結合因子からALSの病態分子機構に迫る2021

    • Author(s)
      田中志和、藤澤貴央、一條秀憲
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子クラウディングとLLPSによる浸透圧センシング2021

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      第127回日本解剖学会総会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子クラウディングとLLPSによる浸透圧センシング2021

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      新学術領域「生命金属科学」領域会議第四回地方巡業
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞は浸透圧という目に見えないフォースを内側から感じる2021

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      第63回歯科基礎医学会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞がストレスを感じる仕組みと疾患~分子クラウティングとLLPSによる浸透圧センシング~2021

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      第3回Translational Research Conference for Neuroprotection
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞は浸透圧という目に見えないフォースを内側から感じる2021

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      Science Pioneers Consortium (SPC) 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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