.Decoding a key part of the cell, atom by atom
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.Decoding a key part of the cell, atom by atom
세포의 핵심 부분을 원자 단위로 해독
Emily Velasco, 캘리포니아 공과 대학 크레딧: Valerie Altounian JUNE 10, 2022
차를 몰고 조깅을 하거나 가장 게을러서 칩을 먹고 소파에서 TV를 보거나 무엇을 하든, 열심히 일하는 각 세포 내부에는 분자 기계의 전체 제품군이 있습니다. 육안으로 또는 많은 현미경으로도 볼 수 없을 정도로 너무 작은 그 기계는 세포에 에너지를 생성하고, 단백질을 제조하고, DNA를 복제하는 등의 작업을 수행합니다. 이러한 기계 조각 중 가장 복잡한 것 중 하나는 핵공 복합체 (NPC)로 알려진 것입니다. 1,000개 이상의 개별 단백질로 구성된 NPC는 세포의 유전 물질을 보유하는 세포 내부의 막 결합 영역인 세포의 핵에 대한 믿을 수 없을 정도로 식별력 있는 게이트키퍼입니다.
-핵으로 들어오고 나가는 모든 것은 NPC를 통과해야 합니다. 핵의 문지기로서의 NPC의 역할은 그것이 세포의 작동에 필수적임을 의미합니다. 핵 내에서 세포의 영구적인 유전 암호인 DNA는 RNA로 복사됩니다. 그런 다음 그 RNA는 핵 밖으로 수행되어 세포가 필요로 하는 단백질을 제조하는 데 사용할 수 있습니다. NPC는 핵이 RNA 합성에 필요한 재료를 얻도록 하는 동시에 핵 외부의 가혹한 환경으로부터 DNA를 보호하고 RNA가 만들어진 후 핵을 떠날 수 있도록 합니다.
Caltech의 André는 "747을 수리할 수 있는 비행기 격납고와 비슷하고 747이 들어올 수 있도록 문이 열리지만 문이 열려 있는 동안 한 마리의 구슬이 나가는 것을 막을 수 있는 사람이 서 있습니다"라고 말합니다. Hoelz, 화학 및 생화학 교수이자 Howard Hughes Medical Institute의 교수진 학자입니다. 20년 이상 동안 Hoelz는 기능과 관련하여 NPC의 구조를 연구하고 해독해 왔습니다. 수년에 걸쳐 그는 꾸준히 그 비밀을 파헤치고 하나씩 하나씩 풀어나가고 있습니다. 이 연구의 의미는 잠재적으로 거대합니다.
-NPC는 세포 작동의 중심일 뿐만 아니라 많은 질병에 관여합니다. NPC의 돌연변이는 일부 불치의 암, 근위축성 측삭 경화증 (ALS) 및 급성 괴사성 뇌병증 과 같은 신경퇴행성 및 자가면역 질환 , 심방세동 및 조기 심장 돌연사를 포함한 심장 질환의 원인이 됩니다. 또한 COVID-19를 담당하는 바이러스를 포함한 많은 바이러스는 수명 주기 동안 NPC를 표적으로 삼고 종료합니다.
이제 Science 저널에 발표된 한 쌍의 논문에서 Hoelz와 그의 연구팀은 두 가지 중요한 돌파구를 설명합니다. NPC를 함께 잡기 위해. 아주 작은 3D 직소 퍼즐 "핵공의 세포질 면의 구조"라는 제목의 논문에서 Hoelz와 그의 연구팀은 핵에서 바깥쪽으로 향하는 NPC 측면의 구조를 세포의 세포질로 매핑하는 방법을 설명합니다. 이를 위해 그들은 각 퍼즐 조각에 대해 전자 현미경 및 X선 결정학과 같은 이미징 기술을 사용하여 매우 작은 3D 직소 퍼즐 에 해당하는 문제를 풀어야 했습니다. 생화학 및 분자 생물물리학 대학원생이자 논문의 공동 제1저자인 스테판 페트로비치는 이 과정이 대장균 박테리아(실험실에서 일반적으로 사용되는 박테리아 균주)에서 시작되었다고 말합니다.
인간 NPC를 구성합니다. "실험실에 들어가면 문화가 자라는 거대한 플라스크 벽을 볼 수 있습니다."라고 Petrovic은 말합니다. "우리는 E. coli 세포에서 각각의 개별 단백질 을 발현 하고, 그 세포를 분해하고, 각 단백질 성분을 화학적으로 정제합니다."
핵공 복합체의 외부(세포질) 면의 분자 모델. CJ Bley et al., Science 376, eabm9129(2022)의 허가를 받아 재인쇄되었습니다. 크레딧: Hoelz lab/Caltech
한 번의 실험에 필요한 충분한 물질을 얻기 위해 최대 1,500리터의 박테리아 배양이 필요할 수 있는 정제가 완료되면 연구팀은 NPC 조각이 어떻게 서로 맞물리는지를 공들여 테스트하기 시작했습니다. 화학 분야의 수석 박사후 연구원이자 이 논문의 공동 제1저자인 George Mobbs는 어셈블리가 "단계적" 방식으로 진행되었다고 말합니다.
-모든 단백질을 동시에 시험관 에 붓는 대신 , 연구자들은 두 개의 퍼즐 조각처럼 어떤 것이 서로 맞을지 알아보기 위해 한 쌍의 단백질을 테스트했습니다. 한 쌍이 서로 맞는 것이 발견되면 연구자들은 그 쌍에 맞는 것을 찾을 때까지 세 번째 단백질에 대해 현재 결합된 두 단백질을 테스트한 다음 생성된 세 조각 구조를 다른 단백질에 대해 테스트합니다. 에. 이러한 방식으로 단백질을 처리하는 과정에서 최종 결과는 16개의 단백질로 된 쐐기 모양의 피자 조각처럼 8번 반복되어 NPC의 얼굴을 형성하는 것입니다. Si Nie는 "우리는 부분, 불완전 또는 저해상도 관찰을 기반으로 한 단편 또는 부분의 일련의 점진적인 발전을 보고하는 대신 엄격한 검증과 함께 인간 NPC의 전체 세포질 면의 첫 번째 완전한 구조를 보고했습니다"라고 말했습니다.
-화학 분야의 박사 후 연구원이자 논문의 공동 제1저자이기도 합니다. "우리는 엄청난 양의 새로운 정보를 보고하면서 필요한 모든 데이터를 수집할 때까지 참을성 있게 기다리기로 결정했습니다." 그들의 작업은 독일 프랑크푸르트에 있는 막스 플랑크 생물 물리학 연구소의 Martin Beck이 수행한 연구를 보완했습니다. 그의 팀은 극저온 전자 단층 촬영을 사용하여 연구원들이 조각을 넣어야 하는 퍼즐의 윤곽을 제공하는 지도를 생성했습니다. 인간 NPC 구조의 퍼즐 완성을 가속화하기 위해 Hoelz와 Beck은 2년 전에 데이터를 교환한 후 전체 NPC의 구조를 독립적으로 구축했습니다. "실질적으로 개선된 Beck 지도는 우리가 원자 구조를 결정한 NPC의 각 조각이 퍼즐의 가장자리를 정의하는 나무 프레임과 유사하게 배치되어야 하는 위치를 훨씬 더 명확하게 보여주었습니다."라고 Hoelz는 말합니다.
실험적으로 결정된 Hoelz 그룹의 NPC 조각 구조는 Beck 그룹의 모델링을 검증하는 데 사용되었습니다. "우리는 다른 접근 방식을 사용하여 구조를 지도에 독립적으로 배치했지만 최종 결과는 완전히 일치했습니다. 그것을 보는 것은 매우 만족스러웠습니다."라고 Petrovic은 말합니다. "우리는 이제 많은 실험을 수행할 수 있는 프레임워크를 구축했습니다."라고 공동 제1저자이기도 한 화학 박사 후 연구원인 Christopher Bley가 말했습니다. "우리는 현재 이 복합 구조를 가지고 있으며 NPC 기능 또는 심지어 질병에 대한 향후 실험을 가능하게 하고 알려줍니다. NPC에는 끔찍한 질병과 관련된 돌연변이가 많이 있으며 구조 내 어디에 있으며 어떻게 발생하는지 알고 있습니다.
함께 모이면 이러한 돌연변이가 무엇을 하는지에 대한 질문에 답하고 답하기 위한 다음 실험 세트를 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다." '이 우아한 스파게티면 배열' "핵공의 링커-스캐폴드 아키텍처"라는 제목의 다른 논문에서 연구팀은 NPC의 링커-스캐폴드로 알려진 것의 전체 구조를 결정하는 방법을 설명합니다. 또한 열고 닫고 통과하는 분자에 맞게 조정하는 데 필요한 유연성을 제공합니다. Hoelz는 NPC를 함께 잠그지 않고 서로 맞물리며 대신 약간 움직일 수 있도록 하면서 대부분 제자리에 유지하는 고무 밴드로 함께 묶인 레고 벽돌로 만들어진 것에 비유합니다.
"나는 이러한 구조화되지 않은 접착제 조각을 '기공의 암흑 물질'이라고 부릅니다."라고 Hoelz는 말합니다. "이 우아한 스파게티 국수 배열은 모든 것을 하나로 묶습니다."
https://scx2.b-cdn.net/gfx/video/2022/decoding-a-key-part-of.mp4
핵공 복합체(NPC)는 세포의 필요에 따라 확장 및 수축할 수 있습니다. S. Petrovic et al., Science 376, eabm9798(2022)의 허가를 받아 재인쇄되었습니다. 크레딧: Hoelz 연구소/Caltech
링커 스캐폴드의 구조를 특성화하는 프로세스는 NPC의 다른 부분을 특성화하는 데 사용되는 프로세스와 거의 동일합니다. 팀은 다양한 유형의 링커 및 스캐폴드 단백질을 대량으로 제조 및 정제하고 다양한 생화학적 실험 및 영상 기술을 사용하여 개별 상호 작용을 조사하고 조각 하나를 테스트하여 손상되지 않은 NPC에서 어떻게 서로 맞는지 확인했습니다. 그들의 작업을 확인하기 위해 그들은 살아있는 세포의 각 링커 단백질을 코딩하는 유전자에 돌연변이를 도입했습니다.
-그들은 그러한 돌연변이가 특정 링커 단백질의 화학적 특성과 모양을 어떻게 변화시켜 결함이 있게 만들 것인지 알고 있었기 때문에 결함이 있는 단백질이 도입되었을 때 세포의 NPC 구조에 어떤 일이 일어날지 예측할 수 있었습니다. 세포의 NPC가 기능적, 구조적으로 예상대로 결함이 있는 경우 링커 단백질이 올바르게 배열되어 있음을 알 수 있습니다. "세포는 우리가 시험관에서 만드는 단순한 시스템보다 훨씬 더 복잡하기 때문에 시험관 내 실험에서 얻은 결과가 생체 내에서 유지되는지 확인하는 것이 필요합니다."라고 Petrovic은 말합니다.
NPC의 외면 조립은 또한 핵을 둘러싸고 있는 이중막 시스템인 핵막에 대한 오랜 미스터리를 푸는 데 도움이 되었습니다. 핵이 있는 세포막과 마찬가지로 핵막은 완벽하게 매끄럽지 않습니다. 오히려 수용체로 작용하고 생화학 반응을 촉매하는 것을 포함하여 다양한 역할을 하는 통합막 단백질(IMP)이라는 분자가 박혀 있습니다. IMP는 핵막의 내부와 외부에서 모두 발견될 수 있지만 실제로 어떻게 한쪽에서 다른 쪽으로 이동했는지는 불분명했습니다.
실제로 IMP는 막 내부에 붙어 있기 때문에 자유롭게 떠다니는 분자처럼 NPC의 중앙 수송 채널을 통해 미끄러질 수 없습니다. 일단 Hoelz의 팀이 NPC의 링커 스캐폴드 구조를 이해한 후, 그들은 IMP가 NPC를 지나 핵막의 한쪽에서 다른 쪽으로 미끄러지도록 허용하는 외부 가장자리 주위에 작은 "거터"를 형성할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 항상 막 자체에 묻혀 있습니다. "이것은 현장에서 수수께끼였던 많은 것들을 설명합니다. 우리가 10년 이상 전에 원래 제안했던 것처럼 중앙 수송 채널이 실제로 이러한 IMP를 위한 측면 게이트를 확장하고 형성할 수 있는 능력이 있다는 것을 알게 되어 매우 기쁩니다. "라고 Hoelz는 말합니다.
종합하면, 두 논문의 결과는 인간 NPC가 어떻게 만들어지고 어떻게 작동하는지에 대한 과학자들의 이해가 한 단계 도약했음을 나타냅니다. 팀의 발견은 훨씬 더 많은 연구를 위한 문을 엽니다. Hoelz는 "구조가 결정되면 이제 mRNA가 어떻게 내보내지고 많은 NPC 관련 질병의 근본 원인과 같은 NPC 기능에 대한 분자 기반을 연구하는 데 집중할 수 있고 새로운 치료법 개발을 목표로 할 수 있습니다."라고 말했습니다. 연구를 설명하는 논문은 Science 저널 6월 10일자에 게재 됩니다.
추가 탐색 생화학자들은 세포의 DNA 게이트키퍼 구조를 풀다 추가 정보: Christopher J. Bley et al, Architecture of the cytoplasmic face of the nuclear pore, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abm9129 Stefan Petrovic et al, Architecture of the linker-scaffold in the nuclear pore, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abm9798 저널 정보: 과학 캘리포니아 공과대학 제공
https://phys.org/news/2022-06-decoding-key-cell-atom.html
-Caltech's André says, "It's like an airplane hangar where you can repair a 747, and the door opens to let the 747 in, but there's someone standing there who can stop a single marble from going out while the door is open." Hoelz, Professor of Chemistry and Biochemistry, is a Faculty Scholar at the Howard Hughes Medical Institute. For more than 20 years, Hoelz has been studying and deciphering the structure of NPCs with respect to function. Over the years, he has been steadily digging into the secrets and unraveling them one by one. The implications of this study are potentially huge.
-NPCs are not only central to cell operation, but are also involved in many diseases. Mutations in NPC are responsible for some incurable cancers, neurodegenerative and autoimmune diseases such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and acute necrotizing encephalopathy, heart disease, including atrial fibrillation and premature sudden cardiac death. Additionally, many viruses, including the one responsible for COVID-19, target and shut down NPCs during their life cycle.
- Instead of pouring all the proteins into a test tube at the same time, the researchers tested a pair of proteins to see which would fit together like two pieces of a puzzle. When a pair is found that matches, the researchers test the two currently bound proteins against a third protein until a match is found, and then test the resulting three-piece structure against the other. to. The end result of processing proteins in this way is like a wedge-shaped pizza slice of 16 proteins, repeated eight times to form the NPC's face. "We have reported the first complete structure of the entire cytoplasmic facet of a human NPC with stringent validation, instead of reporting a series of gradual evolutions of fragments or parts based on partial, incomplete, or low-resolution observations," said Si Nie.
-Post-doctoral researcher in chemistry and co-first author of the thesis. "We've decided to wait patiently until we've gathered all the data we need, reporting a huge amount of new information." Their work complemented research conducted by Martin Beck at the Max Planck Institute for Biophysics in Frankfurt, Germany. His team used cryogenic electron tomography to create a map that outlines the puzzle into which the researchers must put the pieces.
To accelerate the completion of the puzzle of human NPC structures, Hoelz and Beck independently built the structure of the entire NPC after exchanging data two years ago. "Substantially improved Beck maps showed much more clearly where each piece of NPC we determined atomic structure should be placed into, similar to the wooden frame that defines the edges of the puzzle," says Hoelz.
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memo 2206110507 my thought experiment oms storytelling
Everything in and out of the nucleus must pass through the NPC. The role of NPCs as gatekeepers of the nucleus means that they are essential for the functioning of cells.
-The nucleus is the initial value base of sample c.oss. Within the nucleus, the cell's permanent genetic code, DNA, is copied into RNA. The base can retain symmetric information in half (1/2). According to the constant solution, base RNA can be produced with only half (1/4) of the constant again.
That RNA is then carried out of the nucleus and can be used to make the proteins the cell needs. NPCs ensure that the nucleus obtains the material it needs for RNA synthesis, while protecting DNA from the harsh environment outside the nucleus and allowing RNA to leave the nucleus after it is made.
-Base meets Nuclear pore complexes NPC.oss as the nuclear gatekeeper again. The mechanism for accelerating the puzzle completion of the human NPC structure is revealed very precisely in the fractal deepening structure at the atomic and quantum level. Like the base original, it networked thousands of human cells. haha.
sample a.oms (standard)
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sample c.oss
domain(2203080543):
.The formation of gap solitons in a 1D dissipative topological lattice
1D 소산 토폴로지 격자에서 갭 솔리톤 형성
잉그리드 파델리, Phys.org 반도체 공동의 사슬을 보여주는 주사 전자 현미경 이미지. 캐비티 사이의 거리는 변조되어 인접한 캐비티 사이의 결합 J 및 J'의 두 가지 다른 값을 발생시킵니다(이중 흰색 화살표로 개략적으로 표시됨). 이러한 커플링 변조는 격자에 위상 특성을 제공합니다. 격자의 두 공동은 진폭 F, 각 주파수의 두 레이저에 의해 여기되고 위상차를 나타냅니다. 크레딧: C2N/CNRS.JUNE 9, 2022 FEATURE
위상 광자학은 위상 절연체의 물리학에서 빛의 동작이 영감을 받는 광자 격자 설계에 중점을 두고 빠르게 발전하는 연구 분야입니다. 이 분야의 대부분의 연구는 선형 위상 특성을 갖는 광자 시스템을 제시했지만 최근 연구는 비선형 위상 광자학의 기초를 닦기 시작했습니다. Université Paris-Saclay CNRS의 연구원들은 최근 Su-Schrieffer-Heeger 모델의 구동 소산 버전을 구현하는 토폴로지 격자 의 비선형 응답을 보고했습니다. 1D 격자에서 도약하는 입자를 설명하는 유명한 기본 토폴로지 프레임워크입니다.
Nature Physics 에 게재된 Université Paris-Saclay CNRS의 팀이 수집한 연구 결과에 따르면 위상 격자에서 일관된 구동이 이용될 수 있어 물리학자가 새로운 비선형 위상을 안정화할 수 있습니다. "2017년에 우리 그룹 은 최근 연구에서 사용된 것과 매우 유사한 반도체 공진기의 1D 격자를 사용하는 최초의 토폴로지 레이저를 시연했습니다 ."라고 연구를 수행한 두 연구원인 Sylvain Ravets와 Jacqueline Bloch가 Phys.org에 말했습니다. . "그러나 이 초기 작업에서 우리는 시스템의 선형 토폴로지 속성을 사용했습니다." Ravets, Bloch 및 동료들의 최근 연구는 지금까지 주로 보수 시스템의 맥락에서 탐구된 비선형 위상 물리학으로 조사를 확장하는 것을 목표로 과거 연구 노력을 기반으로 합니다. 그들의 실험에서 연구원들은 연속 구동 및 소산을 받는 상당한 광학적 비선형성을 가진 플랫폼을 사용했습니다.
"우리는 결합된 비선형 공진기의 1D 격자를 제작하기 위해 나노기술을 사용했습니다."라고 Ravets와 Bloch가 설명했습니다. "각 공진기는 비선형성을 제공하는 활성 매질(반도체 양자 우물)을 포함하는 광학 공동으로 구성됩니다. 인접 공동 간의 결합은 Su Schrieffer Heger 모델로 알려진 가장 단순한 토폴로지 모델을 구현하기 위해 엇갈려 있습니다."
이러한 솔리톤의 측정된 강도 프로파일에 대해 연구원들이 발견한 새로운 소산 갭 솔리톤 제품군의 그림이 그림 상단에 표시되어 있습니다. 강도는 하나의 단일 사이트에서 매우 강하므로 나머지 체인과 관련하여 이 사이트의 스펙트럼 디튜닝으로 이어집니다. 따라서 체인이 효과적으로 끊어지고 그림 하단과 같이 여기 스펙트럼에 가장자리 상태가 나타납니다. 크레딧: C2N/CNRS.
1D 격자에서 비선형 응답을 유발하기 위해 Ravets, Bloch 및 동료들은 격자의 특정 부분에 하나 또는 두 개의 레이저 빔 을 조사했습니다. 그 후, 그들은 입력 레이저 출력의 함수로 투과된 강도를 모니터링했습니다. Ravets와 Bloch는 "우리가 실험에서 사용한 특히 관련 노브는 여기 빔 사이의 상대 위상으로, 지금까지 고려되지 않았던 새로운 수준의 제어를 제공합니다."라고 말했습니다.
-연구자들이 수행한 실험은 새롭고 흥미로운 결과를 낳았습니다. 특히, 팀은 공명 여기에 의해 안정화되는 새로운 갭 솔리톤 패밀리의 형성을 발견했습니다. 이러한 갭 솔리톤은 전파 기하학에서 작동하는 결합 도파관과 같은 보수적 시스템에는 존재하지 않습니다. "이러한 솔리톤은 위상 에지 상태와 동일한 프로파일을 가지며 실제로 비선형 정상 상태 위에 있는 여기를 위한 위상 에지 상태의 출현을 유도합니다. 우리는 레이저 여기의 엔지니어링을 통해 시스템을 제어하는 이 능력을 부르고 싶습니다. 계획 '드라이브 엔지니어링'"이라고 Ravets와 Bloch는 말했습니다.
Ravets, Bloch 및 동료들의 최근 연구는 위상 광자 시스템에서 비선형 위상을 안정화하기 위해 일관된 구동을 활용할 가능성을 강조합니다. 미래에 그들의 논문에 요약된 실험 방법은 1D 광자 시스템의 토폴로지를 제어하는 데 사용될 수 있으며 2D 시스템으로 확장될 수도 있습니다. "다음 연구에서 우리는 이러한 아이디어를 2D 격자의 광자 위상 절연체로 확장할 계획이며, 여기서 우리의 목표는 구동 및 소산 엔지니어링을 통해 비선형 광자 격자의 위상을 광학적으로 제어하는 능력을 입증하는 것입니다." Ravets와 Bloch가 추가되었습니다.
추가 탐색 포토닉 공진기에서 위상 소산의 실험적 시연 추가 정보: Nicolas Pernet 외, 1차원 구동 소산 토폴로지 격자의 갭 솔리톤, Nature Physics (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01599-8 저널 정보: 네이처 물리학
https://phys.org/news/2022-06-formation-gap-solitons-1d-dissipative.html
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메모 2206100439 나의 사고실험 oms 스토리텔링
샘플b.qoms는 빛의 솔리톤(0차원 특이점)을 qoms 격자구조에서 1차원 선형 패턴을 생성할 수 있다. 허허.
역으로, 기획된 프로그램의 임의화된 솔리톤 비선형 2패턴, 3패턴, n패턴 abababab..cdecdecde.. abasbabasbabasb..(특이점)의 생성으로 격자구조 qoms를 만들어낼 가역성도 존재한다.
Sample a.oms (standard)
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sample c.oss(standard)
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sample c.oss
domain(2203080543):
-The experiments conducted by the researchers have yielded new and interesting results. In particular, the team discovered the formation of a new family of gap solitons that are stabilized by resonance excitation. Such gap solitons do not exist in conservative systems such as coupling waveguides operating in propagation geometry. “These solitons have the same profile as the phase edge states and actually lead to the emergence of phase edge states for excitation that are above the nonlinear steady state. We would like to call this ability to control systems through the engineering of laser excitation. The plan is 'drive engineering'," said Ravets and Bloch.
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memo 2206100439 my thought experiment oms storytelling
Sample b.qoms can generate solitons (0-dimensional singularities) of light in a one-dimensional linear pattern in a qoms lattice structure. haha.
Conversely, there is also the reversibility of generating lattice structure qoms by generating randomized soliton nonlinear 2 patterns, 3 patterns, n patterns abababab..cdecdecde.. abasbabasbabasb.. (singular points) of the planned program.
Sample a.oms (standard)
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