Name: a simple fluorescence-based reporter assay to identify cellular components required for ricin toxin a chain (rta) trafficking in yeast
Uploaded: 2017-12-15T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Simple Fluorescence-based Reporter Assay to Identify Cellular Components Required for Ricin Toxin A Chain RTA Trafficking in Yeast at JoVE.com

Partes deste estudo foram gentilmente com uma subvenção da Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 1027, A6).

Nota: Uma visão geral do fluxo de trabalho geral experimental é descrita na Figura 1.
Cuidado: RTA é altamente tóxico para os seres humanos. É necessário permissão do laboratório de segurança S2 (nível de biossegurança 2 equivalente). Por favor, use luvas durante todo o experimento.
1. heteróloga expressão de RTA com sua Tag em Escherichia coli
<ol>
	<li>Transforme células de Escherichia coli com o expr...

<ol>
	<li>Li, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding-competent+and+folding-defective+forms+of+ricin+A+chain+have+different+fates+after+retrotranslocation+from+the+endoplasmic+reticulum.">Folding-competent and folding-defective forms of ricin A chain have different fates after retrotranslocation from the endoplasmic reticulum.</a> Mol Biol Cell. 21 (15), 2543-2554 (2010).</li><li>Li, S., Spooner, R. A., Hampton, R. Y., Lord, J. M., Roberts, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytosolic+entry+of+Shiga-like+toxin+a+chain+from+the+yeast+endoplasmic+reticulum+requires+catalytically+active+Hrd1p.">Cytosolic entry of Shiga-like toxin a chain from the yeast endoplasmic reticulum requires catalytically active Hrd1p.</a> PLoS One. 7 (7), e41119 (2012).</li><li>Moreau, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genome-wide+RNAi+screens+identify+genes+required+for+Ricin+and+PE+intoxications.">Genome-wide RNAi screens identify genes required for Ricin and PE intoxications.</a> Dev Cell. 21 (2), 231-244 (2011).</li><li>Giepmans, B. N., Adams, S. R., Ellisman, M. H., Tsien, R. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fluorescent+toolbox+for+assessing+protein+location+and+function.">The fluorescent toolbox for assessing protein location and function.</a> Science. 312 (5771), 217-224 (2006).</li><li>Majoul, I. V., Bastiaens, P. I., Soling, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+of+an+external+Lys-Asp-Glu-Leu+(KDEL)+protein+from+the+plasma+membrane+to+the+endoplasmic+reticulum:+studies+with+cholera+toxin+in+Vero+cells.">Transport of an external Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL) protein from the plasma membrane to the endoplasmic reticulum: studies with cholera toxin in Vero cells.</a> J Cell Biol. 133 (4), 777-789 (1996).</li><li>Becker, B., Schnoder, T., Schmitt, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Yeast+Reporter+Assay+to+Identify+Cellular+Components+of+Ricin+Toxin+A+Chain+Trafficking.">Yeast Reporter Assay to Identify Cellular Components of Ricin Toxin A Chain Trafficking.</a> Toxins (Basel). 8 (12), (2016).</li><li>Li, X. P., Baricevic, M., Saidasan, H., Tumer, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ribosome+depurination+is+not+sufficient+for+ricin-mediated+cell+death+in+Saccharomyces+cerevisiae.">Ribosome depurination is not sufficient for ricin-mediated cell death in Saccharomyces cerevisiae.</a> Infect Immun. 75 (1), 417-428 (2007).</li><li>Lord, J. M., Roberts, L. M., Robertus, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ricin:+structure,+mode+of+action,+and+some+current+applications.">Ricin: structure, mode of action, and some current applications.</a> Faseb J. 8 (2), 201-208 (1994).</li><li>Becker, B., Schmitt, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adapting+yeast+as+model+to+study+ricin+toxin+a+uptake+and+trafficking.">Adapting yeast as model to study ricin toxin a uptake and trafficking.</a> Toxins (Basel). 3 (7), 834-847 (2011).</li><li>Seidman, C. E., Struhl, K., Sheen, J., Jessen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Introduction+of+plasmid+DNA+into+cells.">Introduction of plasmid DNA into cells.</a> Curr Protoc Mol Biol. , (2001).</li><li>Brunelle, J. L., Green, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coomassie+blue+staining.">Coomassie blue staining.</a> Methods Enzymol. 541, 161-167 (2014).</li><li>Shapiro, A. L., Vinuela, E., Maizel, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+weight+estimation+of+polypeptide+chains+by+electrophoresis+in+SDS-polyacrylamide+gels.">Molecular weight estimation of polypeptide chains by electrophoresis in SDS-polyacrylamide gels.</a> Biochem Biophys Res Commun. 28 (5), 815-820 (1967).</li><li>Towbin, H., Staehelin, T., Gordon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophoretic+transfer+of+proteins+from+polyacrylamide+gels+to+nitrocellulose+sheets:+procedure+and+some+applications.+1979.">Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications. 1979.</a> Biotechnology. 24, 145-149 (1992).</li><li>Ito, H., Fukuda, Y., Murata, K., Kimura, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transformation+of+intact+yeast+cells+treated+with+alkali+cations.">Transformation of intact yeast cells treated with alkali cations.</a> J Bacteriol. 153 (1), 163-168 (1983).</li><li>Vitetta, E. S., Yen, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expression+and+functional+properties+of+genetically+engineered+ricin+B+chain+lacking+galactose-binding+activity.">Expression and functional properties of genetically engineered ricin B chain lacking galactose-binding activity.</a> Biochim Biophys Acta. 1049 (2), 151-157 (1990).</li><li>Wales, R., Roberts, L. M., Lord, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Addition+of+an+endoplasmic+reticulum+retrieval+sequence+to+ricin+A+chain+significantly+increases+its+cytotoxicity+to+mammalian+cells.">Addition of an endoplasmic reticulum retrieval sequence to ricin A chain significantly increases its cytotoxicity to mammalian cells.</a> J Biol Chem. 268 (32), 23986-23990 (1993).</li><li>Breslow, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comprehensive+strategy+enabling+high-resolution+functional+analysis+of+the+yeast+genome.">A comprehensive strategy enabling high-resolution functional analysis of the yeast genome.</a> Nat Methods. 5 (8), 711-718 (2008).</li><li>Jablonowski, D., Schaffrath, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zymocin,+a+composite+chitinase+and+tRNase+killer+toxin+from+yeast.">Zymocin, a composite chitinase and tRNase killer toxin from yeast.</a> Biochem Soc Trans. 35 (Pt 6), 1533-1537 (2007).</li><li>Jablonowski, D., Schaffrath, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Saccharomyces+cerevisiae+RNA+polymerase+II+is+affected+by+Kluyveromyces+lactis+zymocin.">Saccharomyces cerevisiae RNA polymerase II is affected by Kluyveromyces lactis zymocin.</a> J Biol Chem. 277 (29), 26276-26280 (2002).</li><li>Jablonowski, D., Frohloff, F., Fichtner, L., Stark, M. J., Schaffrath, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kluyveromyces+lactis+zymocin+mode+of+action+is+linked+to+RNA+polymerase+II+function+via+Elongator.">Kluyveromyces lactis zymocin mode of action is linked to RNA polymerase II function via Elongator.</a> Mol Microbiol. 42 (4), 1095-1105 (2001).</li></ol>

Ao executar o protocolo acima, recomendamos as seguintes sugestões para alcançar um resultado bem sucedido do experimento.
Para a expressão da proteína heteróloga, é importante para não exceder a concentração de IPTG de 1 mM. Concentrações de IPTG &#62; 1mm inibir induzida pelo promotor expressão RTA e chumbo para reduzir a produção de toxina. Além disso, as células não devem ser cultivadas em temperaturas acima de 28 ° C para evitar a formação de corpo de inclusão, dobrad...

Pacientes que sofrem de infecções pela toxina produzindo bactérias representam um fardo de médico e financeiro grave para cada sistema de saúde social, em particular desde tratamentos terapêuticos eficientes ainda são em grande parte faltando. Para desenvolver novas estratégias terapêuticas, os mecanismos complexos de intoxicação do clinicamente relevante A / toxinas B como toxina da cólera, toxina Shiga ou ricina precisam ser completamente compreendido a nível molecular, baseado no romance poderosos ensaios que devem ser implementadas.
Nos últimos anos, vários estudos tentaram analisar A / transporte de toxina B em leveduras e células de mamíferos usando métodos demorados e onerosos como toxinas radioactivas rotulagem1,2 , bem como a triagem de siRNA-baseado aproxima-se3. Em alguns casos, toxina tráfico tem sido visualizada na vivo por microscopia de fluorescência após acoplamento químico e/ou genético de subunidades de toxina individual com fluorophores, pontos quânticos ou proteínas fluorescentes4,5. Infelizmente, tais modificações muitas vezes levam a inativas e/ou alteradas propriedades naturais das toxinas. Outra maneira elegante de responder indiretamente uma grande variedade de questões científicas é a utilização de sistemas de repórter baseados em enzimas como lacZ, luciferase, ou proteínas fluorescentes (por exemplo, GFP ou Discosoma sp. (proteína fluorescente vermelha dsRed)).
Neste manuscrito, um simples protocolo é descrito que identifica celulares componentes necessários para o transporte intracelular de RTA extracelularmente aplicada no S. cerevisiae. Desse modo, um plasmídeo de fluorescência-repórter contendo um sinal de N-terminal ER-importação seguido de GFP funciona como um sensor de biossíntese de proteínas, que mede indiretamente a inibição da tradução de proteínas mediada por RTA por GFP fluorescência emissão após in vivo tradução6. No caso que endocitose RTA e/ou tráfico intracelular é negativa (ou positiva) afetado em um mutante de levedura especial exclusão em relação ao tipo selvagem, isto pode ser detectado através de um aumento (ou diminuição) na GFP de emissão de fluorescência6.
Até agora, todos os métodos de análise de transporte de RTA em células de levedura foram restringidos ao processo de translocação retrô ER-para-citosol de RTA. Em um sistema artificial, RTA contendo um sinal de importação ER é expressa de um promotor inducible, resultando em um fenótipo suicida1,7. Embora a célula de ligação B-subunidade de ricina desapareceu da mesma forma na instalação experimental descrita neste manuscrito e, assim, não totalmente representa a situação natural de ricina holotoxin intoxicação8, transporte de toxina do plasma membrana através do aparelho de Golgi ao pronto-socorro pode ser imitada estreitamente com este ensaio de romance. Curiosamente, os resultados preliminares obtidos no estudo piloto indicam que as vias de tráfico usadas pelo RTA revelam semelhanças marcantes com a via de intoxicação de ricina holotoxin.
Em resumo, o método descrito pode ser usado para determinar o papel específico das proteínas celulares selecionadas em endocitose RTA e do tráfico de levedura. Além disso, esta configuração experimental pode ser facilmente adaptada para outra Ribossoma inactivar as toxinas produzidas e secretadas de vários espécies de leveduras e bactérias como zymocin ou toxina Shiga.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Bacterial and yeast strains</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E coli BL21 DE3(Gold)</td>
			<td>Aligent Technologies</td>
			<td>230130</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>S. cerevisiae BY4742</td>
			<td>Euroscarf</td>
			<td>Y10000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>S. cerevisiae BY4742 deletion mutants</td>
			<td>Dharmacon</td>
			<td>YSC1054</td>
			<td>whole collection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasmids used in this protocol</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pET24a(+) (Novagen)</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>69772-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pET-RTA(His6)</td>
			<td>Becker et al. (2016)3</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reagents</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zymolyase 20T</td>
			<td>USBio</td>
			<td>Z1000.250</td>
			<td>lytic enzyme for cell wall removal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB broth medium</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>10855021</td>
			<td>15 g agar was added for plate production</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>YNB</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>DF0335-15-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium sulfate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A4418-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast drop-out mix supplemts without leucine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Y1376-20G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>05040-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G8270-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DTT</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>10197777001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-raffinose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>83400-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-sorbitol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S1876-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-galactose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G0750-10MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>G418</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>11811031</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IPTG</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I6758-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imidazole</td>
			<td>Roth</td>
			<td>3899.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PAGE ruler prestained</td>
			<td>Fermentas</td>
			<td>26616</td>
			<td>protein ladder used for Western analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Material for RTA purification, desalting and reader measurements</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrophotometer Ultrospec 2100 pro</td>
			<td>Amersham</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soniprep 150</td>
			<td>MSE</td>
			<td></td>
			<td>old model, other models available</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluoroskan Ascent</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>5210470</td>
			<td>old model, not available anymore</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#196;KTAPurifier</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>28406266</td>
			<td>Product is discontinued and replaced</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HisTRAP HP column</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>17-5248-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HiTRAP desalting column</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>11-0003-29</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Midisart sterile filter</td>
			<td>Sartorius</td>
			<td>16534K</td>
			<td>0.2 &#181;m pore size</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BCA protein assay kit</td>
			<td>Pierce</td>
			<td>23225</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>660 nm assay kit</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>22660</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96 well plates</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>260860</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibodies (optional)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Tetra-His</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>34670</td>
			<td>primary antibody; 1:1,000 dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-mouse-HRP</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A9044-2ML</td>
			<td>secondary antibody, 1:10,000 dilution</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a simple fluorescence-based reporter assay to identify cellular components required for ricin toxin a chain (rta) trafficking in yeast

Bacteriana e planta A / toxinas B exploram os caminhos naturais de tráfico em células eucarióticas para alcançar seu alvo (s) intracelular no citosol e, finalmente, matar. Tal A / toxinas B consistem geralmente em um enzimaticamente ativo Asubunit (por exemplo, toxina ricina um (RTA)) e uma ou mais células vinculação Bsubunit(s), que é responsáveis por toxina vinculação específica de receptores de superfície da pilha. Nosso conhecimento atual de como A / B toxinas são capazes de intoxicante eficientemente células ajudados cientistas para entender os mecanismos celulares fundamentais, como a endocitose e proteína intracelular em células eucarióticas superiores. Do ponto de vista médico, é igualmente importante identificar as rotas de tráfico de toxina principais para encontrar soluções de tratamento adequado para pacientes ou eventualmente desenvolver aplicações terapêuticas baseadas em toxina para terapia do câncer.
Desde análises de todo o genoma da / toxina B tráfico em células de mamíferos é complexo, demorado e caro, vários estudos na / transporte de toxina B foram executadas no organismo modelo levedura Saccharomyces cerevisiae. Apesar de ser menos complexos, fundamentais processos celulares em leveduras e células eucarióticas superiores são semelhantes e muitas vezes os resultados obtidos no fermento podem ser transferidos para a situação dos mamíferos.
Aqui, descrevemos um ensaio rápido e fácil de usar do repórter para analisar o tráfico intracelular de RTA em levedura. Uma vantagem essencial do novo ensaio é a oportunidade de investigar não só RTA retrô-translocação do retículo endoplasmático (ER) no citosol, mas prefiro endocitose e toxina retrógrada de transporte da membrana plasmática no pronto-socorro. O ensaio faz uso de um repórter do que permite a medição indirecta de toxicidade de RTA através de emissão de fluorescência da proteína verde fluorescente (GFP) após a tradução na vivo . Desde que o RTA eficientemente impede a iniciação da biossíntese de proteínas por depurinação do rRNA 28S, este ensaio permite a identificação de proteínas de célula de acolhimento envolvidas no transporte intracelular de RTA através da detecção de alterações em emissão de fluorescência.

O fluxo de trabalho geral do protocolo descrito neste manuscrito é ilustrado na Figura 1, aproximadamente, resumindo os passos simples para purificação de RTA bem sucedida e o experimento de ensaio de repórter GFP subsequente. Uma descrição mais detalhada de cada etapa individual pode ser encontrada no protocolo. A Figura 2 ilustra o resultado esperado de uma purificação de RTA bem sucedido por cromatografia de afinidade ...

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A Simple Fluorescence-based Reporter Assay to Identify Cellular Components Required for Ricin Toxin A Chain RTA Trafficking in Yeast

Um ensaio simples repórter baseado em fluorescência para identificar componentes celulares necessários para toxina ricina uma cadeia (RTA) o tráfico de levedura

O manuscrito, descreveremos o uso de um ensaio de repórter de fluorescência baseada em fermento para identificar componentes celulares envolvidos no tráfico e matar processos dos citotóxicos uma subunidade da ricina de toxina da planta (RTA).

Bacterial and plant A/B toxins exploit the natural trafficking pathways in eukaryotic cells to reach their intracellular target(s) in the cytosol and to ...

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