Name: use of viral entry assays and molecular docking analysis for the identification of antiviral candidates against coxsackievirus a16
Uploaded: 2019-07-15T14:30:00
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Les auteurs sont reconnaissants au Dr Joshua Beckham de l'Université du Texas à Austin pour son soutien technique avec l'amarrage moléculaire. Cette étude a été financée en partie par le financement du ministère des Sciences et de la Technologie de Taïwan (MOST107-2320-B-037-002 à C.-J.L. et L.-T.L.; MOST106-2320-B-038-021 et MOST107-2320-B-038-034-MY3 à L.-T.L.).

REMARQUE: Toutes les cultures cellulaires et les infections virales doivent être effectuées dans des hottes de biosécurité certifiées qui conviennent au niveau de biosécurité des échantillons manipulés. Les deux tanins de la classe des petites molécules d'acide chébulagique (CHLA) et de punicalagin (PUG), qui ont été observés pour bloquer efficacement l'infection CVA169, sont utilisés comme exemples d'agents inhibiteurs candidats. Pour les principes de base dans les...

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	<li>Legay, F., 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=Fatal+coxsackievirus+A-16+pneumonitis+in+adult.">Fatal coxsackievirus A-16 pneumonitis in adult.</a> Emerging Infectious Diseases. 13, 1084-1086 (2007).</li><li>Wang, C. Y., Li Lu, ., Wu, F., H, M., Lee, C. Y., Huang, 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=Fatal+coxsackievirus+A16+infection.">Fatal coxsackievirus A16 infection.</a> Pediatric Infectious Disease Journal. 23, 275-276 (2004).</li><li>Ren, J., 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=Structures+of+coxsackievirus+A16+capsids+with+native+antigenicity:+implications+for+particle+expansion,+receptor+binding,+and+immunogenicity.">Structures of coxsackievirus A16 capsids with native antigenicity: implications for particle expansion, receptor binding, and immunogenicity.</a> Journal of Virology. 89, 10500-10511 (2015).</li><li>Nishimura, Y., 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=Human+P-selectin+glycoprotein+ligand-1+is+a+functional+receptor+for+enterovirus+71.">Human P-selectin glycoprotein ligand-1 is a functional receptor for enterovirus 71.</a> Nature Medicine. 15, 794-797 (2009).</li><li>Yamayoshi, 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=Scavenger+receptor+B2+is+a+cellular+receptor+for+enterovirus+71.">Scavenger receptor B2 is a cellular receptor for enterovirus 71.</a> Nature Medicine. 15, 798-801 (2009).</li><li>Yamayoshi, 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=Human+SCARB2-dependent+infection+by+coxsackievirus+A7,+A14,+and+A16+and+enterovirus+71.">Human SCARB2-dependent infection by coxsackievirus A7, A14, and A16 and enterovirus 71.</a> Journal of Virology. 86, 5686-5696 (2012).</li><li>Lin, L. T., 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=Hydrolyzable+tannins+(chebulagic+acid+and+punicalagin)+target+viral+glycoprotein-glycosaminoglycan+interactions+to+inhibit+herpes+simplex+virus+1+entry+and+cell-to-cell+spread.">Hydrolyzable tannins (chebulagic acid and punicalagin) target viral glycoprotein-glycosaminoglycan interactions to inhibit herpes simplex virus 1 entry and cell-to-cell spread.</a> Journal of Virology. 85, 4386-4398 (2011).</li><li>Lin, L. T., 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=Broad-spectrum+antiviral+activity+of+chebulagic+acid+and+punicalagin+against+viruses+that+use+glycosaminoglycans+for+entry.">Broad-spectrum antiviral activity of chebulagic acid and punicalagin against viruses that use glycosaminoglycans for entry.</a> BMC Microbiology. 13, 187 (2013).</li><li>Lin, C. J., 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=Small+molecules+targeting+coxsackievirus+A16+capsid+inactivate+viral+particles+and+prevent+viral+binding.">Small molecules targeting coxsackievirus A16 capsid inactivate viral particles and prevent viral binding.</a> Emerging Microbes &amp; Infections. 7, 162 (2018).</li><li>Flint, S. J., Enquist, L. W., Racaniello, V. R., Skalka, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Virology. , (2008).</li><li>Velu, A. B., 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=BPR-3P0128+inhibits+RNA-dependent+RNA+polymerase+elongation+and+VPg+uridylylation+activities+of+Enterovirus+71.">BPR-3P0128 inhibits RNA-dependent RNA polymerase elongation and VPg uridylylation activities of Enterovirus 71.</a> Antiviral Research. 112, 18-25 (2014).</li><li>Tai, C. J., Li, C. L., Tai, C. J., Wang, C. K., Lin, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+Viral+Entry+Assays+for+the+Identification+and+Evaluation+of+Antiviral+Compounds.">Early Viral Entry Assays for the Identification and Evaluation of Antiviral Compounds.</a> Journal of Visualized Experiments. , e53124 (2015).</li><li>Lang, P. T., 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=DOCK+6:+combining+techniques+to+model+RNA-small+molecule+complexes.">DOCK 6: combining techniques to model RNA-small molecule complexes.</a> RNA. 15, 1219-1230 (2009).</li><li>Zhang, X., 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=Coxsackievirus+A16+utilizes+cell+surface+heparan+sulfate+glycosaminoglycans+as+its+attachment+receptor.">Coxsackievirus A16 utilizes cell surface heparan sulfate glycosaminoglycans as its attachment receptor.</a> Emerging Microbes &amp; Infections. 6, 65 (2017).</li><li>Waterhouse, A., 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=SWISS-MODEL:+homology+modelling+of+protein+structures+and+complexes.">SWISS-MODEL: homology modelling of protein structures and complexes.</a> Nucleic Acids Research. 46, W296-W303 (2018).</li></ol>

Dans ce rapport, nous avons décrit les protocoles qui sont utiles pour l'identification des candidats antiviraux qui ciblent l'entrée virale, en particulier contre le CVA16 non enveloppé. Les essais sont conçus de manière à disséquer les premiers événements lors de l'entrée virale, ce qui est utile pour clarifier le mécanisme d'action et les cibles potentielles de l'activité antivirale des agents d'essai. L'« analyse de l'heure de l'ajout de médicaments » permet de déterminer de façon générale la cible...

La maladie de la main, du pied et de la bouche (HFMD) est une maladie la plus souvent causée par le coxsackievirus A16 (CVA16) et l'entérovirus 71 (EV71) chez les jeunes enfants. Récemment, dans toute la région Asie-Pacifique, il y a eu une hausse significative de la DHHC induite par le CVA16. Bien que les symptômes peuvent être légers, des complications graves peuvent se produire qui affectent le cerveau et le cœur, avec la fatalité potentielle1,2. À l'heure actuelle, il n'existe pas de thérapies antivirales ou de vaccins homologués pour le CVA16, et il est donc urgent d'élaborer des stratégies antivirales pour freiner les flambées futures et les complications connexes.
CVA16 est un virus non enveloppé qui a une capside icosahedral assemblé à partir de pentamers qui contiennent chacun 4 protéines structurelles à savoir VP1, VP2, VP3, et VP4. Encerclant chaque axe quintuple dans le phésse est une région «canyon» qui se manifeste comme une dépression et est connu pour son rôle dans la liaison des récepteurs3. Au fond de ce canyon se trouve une poche hydrophobe dans la région VP1 qui contient un ligand gras naturel nommé sphingosine (SPH). Les récepteurs cellulaires, tels que l'homme P selectin glycoprotein ligand 1 (PSGL-1) et le membre de classe B des récepteurs de charognards 2 (SCARB2), ont été suggérés pour jouer un rôle dans la liaison virale en déplaçant ce ligand qui a comme conséquence des changements conformationnels au capside et au éjection ultérieure du génome viral dans la cellule hôte4,5,6. L'identification des inhibiteurs possibles qui bloquent les événements successifs dans le processus d'entrée virale pourrait fournir des stratégies thérapeutiques potentielles contre l'infection de CVA16.
Les étapes du cycle de vie du virus peuvent être disséquées par des approches expérimentales comme cibles pour aider à identifier les agents antiviraux spécifiques au mode. Une analyse de l'heure d'ajout de médicaments examine l'effet du traitement médicamenteux à différents moments de l'infection virale, y compris la pré-entrée (ajoutée avant l'infection virale), l'entrée (ajoutée en même temps que l'infection virale) et après l'entrée (ajoutée après l'infection virus)7. L'impact peut être évalué à l'aide d'un analyse de plaque standard en quantiant le nombre de plaques virales formées dans chacune des conditions de traitement. L'essai de liaison virale basé sur la cytométrie du flux détermine si le médicament empêche l'attachement viral aux cellules hôtes. Ceci est réalisé en déplaçant la température de 37 oC, à laquelle la majorité des infections virales humaines se produisent, à 4 oC, où les virions sont capables de se lier à la surface de la cellule hôte, mais sont incapables d'entrer dans les cellules7. Les particules virales liées à la membrane cellulaire sont ensuite quantifiées par immunostaining contre les antigènes viraux et évaluées par cytométrie de flux. L'analyse d'inactivation virale, d'autre part, aide à évaluer les interactions physiques potentielles du médicament avec les particules virales libres, soit en protégeant ou en neutralisant les virions, ou en causant des agrégations ou des changements conformationnels qui les rendent inactifs pour interactions ultérieures avec la surface de la cellule hôte pendant l'infection8,9. Dans cette expérience, l'inoculum viral est autorisé à d'abord incuber avec le médicament avant d'être dilué pour titrer le médicament avant d'infecter la monocouche cellulaire hôte et d'effectuer un test de plaque standard8. Enfin, l'amarrage moléculaire est un outil puissant pour prédire les sites potentiels d'interaction médicamenteuse sur la surface de la virion, y compris les glycoprotéines virales des virus enveloppés et les protéines capsides virales des virus non enveloppés, en utilisant des Algorithmes. Cela permet de repérer mécanistement les cibles du mode d'action du médicament et de fournir des informations utiles qui peuvent être validées par des essais en aval.
Nous avons récemment utilisé les méthodes décrites ci-dessus pour identifier les composés antiviraux qui ont efficacement bloqué l'infection par le CVA169non enveloppé . Ici, les protocoles détaillés qui ont été utilisés sont décrits et discutés.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:824px;" width="824">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">4% Paraformaldehyde</td>
			<td style="width:205px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">AL-158127-500G</td>
			<td style="width:232px;"></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">Alexa 488-conjugated anti-mouse IgG</td>
			<td style="width:205px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:171px;">A11029</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Amphotericin B</td>
			<td style="width:205px;">GIBCO</td>
			<td style="width:171px;">15290-018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:216px;">Anti-VP1 antibody</td>
			<td style="width:205px;">Merck-Millipore</td>
			<td style="width:171px;">MAB979</td>
			<td style="width:232px;">Anti-Enterovirus 71 Antibody, cross-reacts with Coxsackie A16, clone 422-8D-4C-4D</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Beckman Coulter Cytometer</td>
			<td style="width:205px;">Beckman Coulter</td>
			<td style="width:171px;">FC500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Corina</td>
			<td style="width:205px;">Molecular Networks GmbH</td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Crystal violet</td>
			<td style="width:205px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">C3886-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">DMEM</td>
			<td style="width:205px;">GIBCO</td>
			<td style="width:171px;">11995-040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">DMSO</td>
			<td style="width:205px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">D5879</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">FBS</td>
			<td style="width:205px;">GIBCO</td>
			<td style="width:171px;">26140-079</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Formaldehyde</td>
			<td style="width:205px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">F8775</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Graphpad Prism</td>
			<td style="width:205px;">GraphPad</td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Heparin sodium salt</td>
			<td style="width:205px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">H3393</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">In vitro toxicology assay kit, XTT-based</td>
			<td style="width:205px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">TOX2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Methylcellulose</td>
			<td style="width:205px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">M0512-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PBS pH 7.4</td>
			<td style="width:205px;">GIBCO</td>
			<td style="width:171px;">10010023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Penicillin-Streptomycin</td>
			<td style="width:205px;">GIBCO</td>
			<td style="width:171px;">15070-063</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PyMol</td>
			<td style="width:205px;">Schr&#246;dinger</td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">UCSF Chimera</td>
			<td style="width:205px;">University of California, San Francisco</td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

use of viral entry assays and molecular docking analysis for the identification of antiviral candidates against coxsackievirus a16

Les analyses antivirales qui examinent mécaniquement l'entrée virale sont pertinentes pour discerner à quelle étape les agents évalués sont les plus efficaces, et permettent l'identification des inhibiteurs d'entrée virales candidats. Ici, nous présentons les approches expérimentales pour l'identification de petites molécules capables de bloquer l'infection par le coxsackievirus A16 (CVA16) non enveloppé en ciblant les particules virales ou des étapes spécifiques dans l'entrée virale précoce. Les essais comprennent l'analyse de l'heure de l'ajout de médicaments, l'analyse de liaison virale basée sur la cytométrie du flux et l'essai d'inactivation virale. Nous présentons également un protocole d'amarrage moléculaire utilisant des protéines capsides virales pour prédire les résidus potentiels ciblés par les composés antiviraux. Ces tests devraient aider à l'identification des agents antiviraux candidats qui agissent sur l'entrée virale. Les orientations futures peuvent explorer ces inhibiteurs possibles pour le développement ultérieur de médicaments.

L'exemple de l'heure d'ajout de drogue est indiqué à la figure 1 et montre l'influence du traitement à l'aide des petites molécules CHLA et PUG sur l'infection cVA16 soit pré-virale (prétraitement), lors de l'entrée virale (co-addition), ou post-virale entrée ( post-infection). Les deux petites molécules n'ont produit qu'un impact marginal contre l'infectiosité CVA16, que ce soit dans le prétraitement des cellules hôtes avant l'infection virale (<...

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Use of Viral Entry Assays and Molecular Docking Analysis for the Identification of Antiviral Candidates against Coxsackievirus A16

Utilisation des essais d'entrée virale et de l'analyse moléculaire de l'amarrage pour l'identification des candidats antiviraux contre le Coxsackievirus A16

L'objectif du protocole est d'illustrer les différents essais relatifs à l'entrée virale qui peuvent être utilisés pour identifier les inhibiteurs de l'entrée virale candidat.

Antiviral assays that mechanistically examine viral entry are pertinent to discern at which step the evaluated agents are most effective, and allow for ...

Ce protocole peut aider à la découverte de petites molécules antivirales potentielles grâce à une approche axée sur le mécanisme. Le moment de l’analyse d’addition détermine à quelle étape de l’infection la petite molécule présente son activité antivirale. L’amarrage moléculaire prédit l’interaction entre la petite molécule et les protéines virales.Pour évaluer l’influence des médicaments sur les cellules hôtes avant l’infection virale, les cellules rd de semence dans les plaques de 12 puits à deux fois 10 à la cinquième cellules par densité de placage de puits. Incuber les cellules à 37 degrés Celsius dans un incubateur de dioxyde de carbone de 5% pendant la nuit. Le lendemain matin, traitez chaque puits de la monomeuse RD avec un composé d’essai d’intérêt, en triplicate, à des concentrations non toxiques dans un millilitre de milieu basal pendant une ou quatre heures.À la fin de l’incubation du traitement, laver les cellules avec un millilitre de PBS avant d’ajouter 50 unités de formation de plaques de virus dans 300 microlitres de milieu basal par puits pendant une heure, avec basculement toutes les 15 minutes. À la fin de l’incubation de l’infection, laver les cellules avec PBS et superposer les cellules avec un millilitre de milieu basal frais contenant 0,8% de méthylcellulose. Après 72 heures dans l’incubateur de culture cellulaire, lavez chaque puits avec deux millilitres de PBS et fixez les cellules avec 0,5 millilitres de formaldéhyde de 37% par puits pendant 15 minutes.À la fin de la fixation, laver les puits avec du PBS et tacher les cellules avec 0,5 millilitres de solution violette cristalline de 0,5 % par puits. Après deux minutes, laver les puits avec un doux jet d’eau et laisser sécher l’assiette. Ensuite, placez la plaque sur une boîte de lumière blanche pour compter et calculer le pourcentage de cellules infectées par le coxsackievirus selon la formule.Pour l’analyse moléculaire de l’amarrage, téléchargez des molécules 3D des composés d’essai de PubChem. Si une molécule n’a pas de structure 3D téléchargée, téléchargez la structure 2D ou utilisez la séquence de cordes SMILE pour transformer la structure en molécule 3D via un programme moléculaire approprié. Ensuite, téléchargez une unité d’assemblage biologique viral à partir de la Banque de données protéiques RCSB.À l’aide d’un programme de bio-informatique approprié, supprimez les solvants du fichier Protein Data Bank, remplacez les chaînes latérales incomplètes à l’aide des données de la bibliothèque rotamer Dunbrack 2010 et ajoutez des hydrogènes et des charges à la structure tel qu’indiqué précédemment. Pour amarrer les composés d’essai sur l’unité de virus préparée, téléchargez le fichier composé d’essai dans la chimère de l’Université de Californie à San Francisco en tant que ligand et sélectionnez l’ensemble de la protéine virale préparée comme récepteur pour effectuer l’amarrage aveugle. Pour l’amarrage supplémentaire, confinez le site d’amarrage sur la protéine virale aux régions d’intérêt dérivées des résultats d’amarrage aveugle en réduisant davantage le volume de recherche.Téléchargez ensuite le fichier d’amarrage dans un système graphique moléculaire approprié pour analyser les positions du mode de liaison. Sélectionnez le ligand pour trouver des contacts polaires du composé à la protéine virale, en identifiant les contacts polaires avec l’option atomes. Les deux petites molécules testées dans cette expérience représentative, n’ont produit qu’un impact marginal contre l’infectiosité du coxsackievirus A16, que ce soit dans le prétraitement des cellules hôtes avant l’infection virale ou dans le traitement post-infection.En revanche, les molécules ont efficacement abrogé l’infection de plus de 80% dans le traitement de co-addition, suggérant que les deux composés sont les plus efficaces quand ils sont simultanément présents avec les particules de virus sur la surface de cellules hôtes pendant l’infection. L’analyse de liaison basée sur la cytométrie de flux confirme que les deux tanins ont empêché l’entrée d’infectiosité de coxsackievirus A16 en empêchant la liaison virale de particule aux cellules hôtes. L’amarrage moléculaire des tanins indique qu’ils sont tous deux prévus pour se lier dans la région du canyon du pamptamer coxsackievirus, juste au-dessus de l’entrée de poche qui détient le facteur de poche et joue un rôle important pour la médiation coxsackievirus liaison et l’entrée dans la cellule hôte.Dans ces projections de surface, on peut observer les résidus uniques prévus à partir des contacts polaires des petites molécules autour de l’entrée de poche, avec l’asparagine-85, la lysine-257 et l’asparagine-417 en commun entre les deux tanins. Pour l’amarrage moléculaire, la topologie de la protéine virale doit être prise en compte lors du classement des cadres de liaison. D’autres expériences pourraient inclure l’essai de l’activité antivirale du composé sur les virus recombinants, avec des mutations sur les acides aminés découverts pour valider leur importance pour l’efficacité du médicament.

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