第十章-细胞周期及其调控(研究生)

细胞周期调控的研究进展(精)

细胞周期调控的研究进展 高燕,林莉萍,丁健 * (中国科学院上海生命科学研究院药物研究所,国家新药研究重点实验室, 中国科学院研究生院,上海 201203 摘要 :细胞周期是一种非常复杂和精细的调节过程,有大量调节蛋白参与其中。此过程的核心是细 胞周期依赖性蛋白激酶 (CDKs。 CDKs 的激活又依赖于另一类呈细胞周期特异性或时相性表达的细胞周期蛋白 (cyclins,而 CDKs 调节的关键步骤是细胞周期检查点。 PLKs 是多种细胞周期检查点的主要调节因子, Aurora 蛋白激酶主要在细胞有丝分裂期起作用。本文就上述因素在细胞周期进程中的作用作一综述。 关键词 :细胞周期;调控;细胞周期检查点中图分类号:Q253文献标识码:A A review: cell cycle regulation GAO Yan, LIN Li-Ping, DING Jian* (State Key Laboratory of Drug Research, Shanghai Institute of Materia Medica, Shanghai Institues for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201203, China

Abstract: The cell cycle is a complex and elaborate process involving numerous regulatory proteins as directors.Central to this process are the cyclin-dependent kinases (CDKs, which are activated in a cyclin-dependentmanner at special points of the cell cycle. Cyclin protein levels rise and fall during the cell cycle and in the waythey periodically activate CDKs. Furthermore, the cell cycle checkpoint is also discussed as a key process inthe regulation of CDKs. PLKs are important mediators for various cell cycle checkpoints, while Aurora kinaseshave emerged as essential regulators of cell division. Here, we reviewed the effects of above factors on cellcycle regulation. Key words: cell cycle; regulation; cell cycle checkpoint 收稿日期 :2005-01-22; 修回日期 :2005-03-09 作者简介 :高燕 (1974— ,女,博士研究生;林莉萍 (1962— ,女,博士,副研究员;丁健 (1953— ,男, 研究员,博士生导师, *通讯作者。 文章编号 :1004-0374(200504-0318-05 1概述 细胞周期是指一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂的结束 , 细胞由一个分裂为两个子细胞。细胞的分裂由两个连续的过程组成, 即 DNA 复制及染色体的分离。一个细胞周期包括准备阶段的间期和有丝分裂期 (图 1 。间期包括 G 1、 S 和 G 2期。 G 1期时,细胞为遗传物质 DNA 的合成作准备,而 DNA 的合成是在 S 期完成。 G 2期主要完成蛋白质的合成,为细胞进入有丝分裂期作准备。有丝分裂期 (M期又分为前期、中期、后期和末期,以完成染色体的凝集,中心粒移至细胞核对立的两极,核仁解体,核膜消失 (前期 ; 纺锤体形成和染色体排列于其间 (中期 ; 姐妹染色单体分开并移向两极 (后期 ; 子核形成和胞质分裂 (末期。另外, G 1期的 319

细胞周期调控

2001年诺贝尔生理学和医学奖

细胞周期调控 一、背景介绍 2001年诺贝尔生理学医学奖授予美国西雅图弗瑞德·哈钦森癌症研究中心的Leland H Hartwell、英国伦敦皇家癌症研究基金会的Sir Paul M. Nurse和R. Timothy Hunt,以表彰获奖者们在细胞周期调控方面的卓越发现和贡献。 Leland (1939年生)在上世纪60年代末便认识到用遗传学方法研究细胞周期的可能性。他采用啤酒酵母细胞建立系统模型,经过一系列试验,分离出细胞周期基因发生突变的酵母细胞。Hartwell和其他科学家相继发现了100多种与细胞周期调控相关的CDC基因族。其中,Hartwell发现的CDC28调控细胞周期G1期进程的第一步,故又称为“start”基因。另外,Hartwell在研究酵母细胞对辐射的敏感性基础上,提出了著名的“checkpoint”概念,即当DNA受损时,细胞周期会停止。这一现象的生理意义在于,在细胞进入下一个细胞周期之前能有足够的时间进行DNA修复。后来,Hartwell将“checkpoint”的概念扩展到调控并保障细胞周期各期之间的正确顺序。 Sir Paul (1949年生)继Hartwell之后在70年代中期采用非渊粟酒裂殖酵母细胞为模型,发现了cdc2基因在细胞分裂(从G2期到有丝分裂期)调控方面起重要作用。后来,他发现cdc2与Hartwell在啤酒酵母中发现的“start”基因相同,还可调控从G1期到S期的转变。因此,cdc2基因可调控细胞周期的不同阶段。 1987年,Nurse分离出人类的相应基因——CDK1。Nurse发现CDK的活性依赖可逆性的磷酸化反应。基于这些理论,又有一些人类的CDK分子相继被发现。R. Timothy Hunt(1943年生)在80年代早期发现了第一个周期蛋白分子。周期蛋白是一种在细胞周期中周期性产生和降解的蛋白质。周期蛋白与CDK分子结合,调节CDK的活性。Hunt首先发现,在海胆细胞中周期蛋白在细胞周期中会发生周期性的降解,这是调控细胞周期的重要机制。Hunt在其他物种中也发现了周期蛋白,这些周期蛋白在进化过程中高度保守。 3位诺贝尔奖获得者创建了细胞周期调控的分子机制。CDK分子的含量在细胞周期中是恒定的,但是它的活性却因周期蛋白的调控作用而不同。周期蛋白和CDK分子共同驱动细

细胞分裂和细胞周期习题

第九章细胞分裂和细胞周期习题 一、选择题 A-九-1. 有丝分裂前期的最主要特征是()。 A. 核仁. 核膜. 核仁组织者都要消失 B. 染色质凝缩成染色体 C. 核糖体解体 D. 中心体消失 A-九-2. 细胞周期包括()两个主要时期。 A. G1期和G2期 B. 间期和M期 C. 间期和S期 D. M期和G1期 B-九-3. 虽然不同的细胞有不同的细胞周期,但一般来说,都是()。 A. G1期长,S期短 B. S期长,G2期短 C. S期长,M期短 D. M期长,G1期短 A-九-4. 在细胞周期中,核仁、核膜要消失,这一消失出现在()。 A. G1期 B. S期 C. G2期 D. M期 A-九-5. 在有丝分裂过程中,姐妹染色单体着丝粒的分开发生于()。 A. 前期 B. 中期 C. 后期 D. 末期 C-九-6. 同步生长于M期的HeLa细胞与另一同步生长的细胞融合,除看到中期染色体外还见到凝缩成粉末状的染色体,推测这种同步生长的细胞是处于()。 A. G1期 B. S期 C. G2期 D. M期 C-九-7. P53基因抑制受损伤细胞进入G2期的机制是()。 A. 通过P21基因作用于周期蛋白 B. 通过抑制P21基因的启动

C. P53蛋白直接作用于周期蛋白 D. P53与P21共同作用于周期蛋白A-九-8. 成熟促进因子是在()合成的。 A. G1期 B. S期 C. G2期 D. M期 B-九-9. 在有丝分裂的哪个时期染色体最分散()。 A. 前期 B. 前中期 C. 中期 D. 后期 B-九-10. 下列减数分裂过程中,要发生染色体减数,此过程发生在()。 A. 前期Ⅰ B. 中期Ⅰ C. 后期I D. 后期Ⅱ B-九-11. 染色体出现成倍状态发生于细胞周期中的()。 A. G2期和早M期 B. G1期和S期 C. 晚M期和G1期 D. G0期和G1期 B-九-12. 在减数分裂的粗线期,()。 A. 常发生姐妹染色体单体的交换从而导致重组配子的产生 B. 常发生姐妹染色体单体的交叉从而导致重组配子的产生 C. RNA聚合酶明显增多 D. 组蛋白成倍增加 B-九-13. 在有丝分裂中,()。 A. 细胞周期长短主要由S期长短决定 B. 这个时期对不利条件敏感导致G1期阻滞 C. S期的长短与染色体的倍数有关

【细胞分子生物学】第六章 细胞周期及其调节

第六章细胞周期及其调节 细胞增殖(cell proliferation)与细胞生长分裂周期. 第一节细胞周期 一、细胞周期(cell cycle):指亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束所经历的过程,这个过程所需的时间称为细胞周期时间。 细胞周期由G1、S、G2和M期组成(G1、S和G2期又合称为分裂间期)。 G1(Gap1)期:DNA合成前期(复制前期),从上次有丝分裂完成到DNA复制之前的阶段; S期:DNA复制期; G2期:合成后期,从DNA复制完成至有丝分裂开始; M期:有丝分裂(Mitosis)期,包括核分裂和胞质分裂. M期结束后形成两个新的子细胞。 注:①不同细胞的细胞周期时间不同,一般S+G2+M期较恒定,而G1期变化较大,因而它决定了细胞周期时间的长短; ②G1期细胞有三种可能的趋向:1)进入S期(即进入细胞周期).2)处于静止期即Co期(在一定条件下可重新进入增殖周期),3)分化、衰老、凋亡。 二、细胞周期中各时相的主要生化事件 细胞周期中每期都有其特殊功能,其中S期的DNA复制和M期细胞核的有丝分裂是细胞周期中2个最关键的过程: 1、G1期:为DNA复制作准备,G1早期合成各种RNA、结构蛋白和酶等,细胞通过一 1

个限制点(restriction point,R点)后在G1后期合成DNA复制有关的蛋白和酶。 在开始合成DNA之前有一个关卡(checkpoint),检查染色体DNA是否有损伤,如有则先要进行修复。 2、S期:DNA(包栝端粒)的复制及组蛋白合成、核小体装配.S期后每一染色体复制成2个染色单体· S→G2期关卡:检查DNA复制是否完成 3、G2期:为有丝分裂作准备.有RNA和非组蛋白合成。 4、M期:染色体浓缩一仿锤体形成→染色体分离并移向细胞两端→染色体解聚,形成两个新核→胞质分裂。 第二节周期素依赖性蛋白激晦与细胞周期调节 周期素依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs) 通过使特异底物磷酸化调节细胞周期进行,其活性依赖与周期素(cyclin)结合形成复合物。 一、周期素-周期素依赖性蛋白激酶 周期素家族和周期素依赖蛋白激酶(CDK)家族. 细胞周期的不同时相表达不同cyc-CDK,这些cyc-CDK复合物在各不同的细胞周期过渡点起作用. 1、G1期cyc-CDK G1期表达的周期素为周期素C、D(D1、D2、D3)和E。 D族周期素主要与CDK4(以及CDK2、CDK5、CDK6)结合成活性的蛋白激酶复合物,对细胞通过R点(G0→G1过渡有重要作用。 E族周期素与CDK2形成复合物。 cycE-CDK2复合物调控G1→S过渡。 2

细胞周期调控的研究进展a

生命科学 Chinese Bulletin of Life Sciences 第17卷 第4期2005年8月 Vol. 17, No. 4Aug., 2005 细胞周期调控的研究进展 高 燕,林莉萍,丁 健* (中国科学院上海生命科学研究院药物研究所,国家新药研究重点实验室, 中国科学院研究生院,上海201203) 摘 要:细胞周期是一种非常复杂和精细的调节过程,有大量调节蛋白参与其中。此过程的核心是细胞周期依赖性蛋白激酶(CDKs)。CDKs 的激活又依赖于另一类呈细胞周期特异性或时相性表达的细胞周 期蛋白(cyclins),而CDKs 调节的关键步骤是细胞周期检查点。PLKs 是多种细胞周期检查点的主要调节因子,Aurora 蛋白激酶主要在细胞有丝分裂期起作用。本文就上述因素在细胞周期进程中的作用作一综述。 关键词:细胞周期;调控;细胞周期检查点中图分类号:Q 253 文献标识码:A A review: cell cycle regulation GAO Yan, LIN Li-Ping, DING Jian* (State Key Laboratory of Drug Research, Shanghai Institute of Materia Medica, Shanghai Institues for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201203, China) Abstract: The cell cycle is a complex and elaborate process involving numerous regulatory proteins as directors.Central to this process are the cyclin-dependent kinases (CDKs), which are activated in a cyclin-dependent manner at special points of the cell cycle. Cyclin protein levels rise and fall during the cell cycle and in the way they periodically activate CDKs. Furthermore, the cell cycle checkpoint is also discussed as a key process in the regulation of CDKs. PLKs are important mediators for various cell cycle checkpoints, while Aurora kinases have emerged as essential regulators of cell division. Here, we reviewed the effects of above factors on cell cycle regulation. Key words: cell cycle; regulation; cell cycle checkpoint 收稿日期:2005-01-22;修回日期:2005-03-09 作者简介:高 燕(1974—),女,博士研究生;林莉萍(1962—),女,博士,副研究员;丁 健(1953—),男,研究员,博士生导师,*通讯作者。 文章编号 :1004-0374(2005)04-0318-05 1 概述 细胞周期是指一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂的结束, 细胞由一个分裂为两个子细胞。细胞的分裂由两个连续的过程组成,即DNA 复制及染色体的分离。一个细胞周期包括准备阶段的间期和有丝分裂期(图1)。间期包括G 1、S 和G 2期。G 1期时,细胞为遗传物质DNA 的合成作准备,而DNA 的合成是在S 期完成。G 2期主要完成蛋白质的合成,为细胞进入有丝分裂期作准备。有丝分裂期(M 期)又分为前期、中期、后期和末期,以完成染色体的凝集,中心粒移至细胞核对立的两极,核仁解体,核膜消失(前期);纺锤体形成和染色体排列于其间(中期);姐妹染色单体分开并移向两极(后期);子核形成和胞质分裂(末期)。另外,G 1期的

浅谈细胞周期调控

浅谈细胞周期调控 朱春森 摘要:近年来有关细胞周期调控机制研究进展较快,细胞周期调控可分为G1期调控和非G1期调控。在G1期调控中,细胞周期蛋白依赖性激酶复合体CDK激活后,通过Rb蛋白和转录因子启动基因转录。P16、p21、p15等蛋白通过抑制CDK的活性而发挥作用。P53蛋白和mdm2蛋白协同调节细胞周期活动。细胞周期的停滞或细胞凋亡对维护基因组稳定有重要意义。 关键词:细胞周期调控 Cyclin CDK CDI 调控机制 细胞周期调控是指各种调控因子通过自身的激活和灭活,使细胞启动和完成细胞周期重要事件,并保障这些事件按次序正常进行。细胞周期调控对维护基因组的稳定有着重要的意义。 1. 细胞周期调控的分子基础 细胞周期调控的分子基础包括细胞周期蛋白(Cyclin)、细胞周期蛋白依赖蛋白激酶(CDK)和细胞周期蛋白依赖蛋白激酶抑制物(CDI)。它们分别包括CyclinA、CDK17和p21、p27、p18等,p53和视网膜母细胞瘤蛋白(pRb)也参与细胞周期调控。 1.1 Cyclin 周期蛋白不仅仅起激活CDK的作用,还决定了CDK何时、何处、将何种底物磷酸化,从而推动细胞周期的前进。目前从芽殖酵母、裂殖酵母和各类动物中分离出的周期蛋白有30余种,在 脊椎动物中为A 1-2、B 1-3 、C、 D 1-3 、E 1-2 、F、G、H等。分为G 1 型、G 1 /S型S型和M型4类(见表 1)。各类周期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列,称为周期蛋白框,介导周期蛋白与CDK结合。 表1不同类型的周期蛋白 *包括D1-3,各亚型cyclin D,在不同细胞中的表达量不同,但具有相同的功效 1.2 CDK CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性,称为细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK),因此CDC2又被称为CDK1,激活的CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应。这些效应的最终结果是细胞周期的不断运行。因此,CDK激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。目前发现的CDK 在动物中有7种。各种CDK分子均含有一段相似的激酶结构域,这一区域有一段保守序列,即PSTAIRE,与周期蛋白的结合有关。 1.3 CDKI CDKI家族即细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂家族,目前发现的CDKIS按其结构和功能不同分为两类:一类为INK4(Inhibito:of CDK4)家族,包括pl6、pls、p18、p19四名成员,其蛋白结

细胞周期分析原理和分析结果解释

细胞周期分析原理和分析结果解释 1、细胞周期指由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程,所需的时间叫细胞周期时间。 可分为四个阶段(见图): ① G1期(gap1),指从有丝分裂完成到期DNA复制之前的间隙时间; ② S期(synthesis phase),指DNA复制的时期; ③ G2期(gap2),指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间; ④ M期又称D期(mitosis or division),细胞分裂开始到结束。 2、从增殖的角度来看,可将高等动物的细胞分为三类: ①连续分裂细胞,在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞,如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。 ②休眠细胞暂不分裂,但在适当的刺激下可重新进入细胞周期,称G0期细胞,如淋巴细胞、肝、肾细胞等。 ③不分裂细胞,指不可逆地脱离细胞周期,不再分裂的细胞,又称终端细胞,如神经、肌肉、多形核细胞等等。 细胞周期的时间长短与物种的细胞类型有关,如:小鼠十二指肠上皮细胞的周期为10小时,人类胃上皮细胞24小时,骨髓细胞18小时,培养的人了成纤维细胞18小时,CHO 细胞14小时,HeLa细胞21小时。不同类型细胞的G1长短不同,是造成细胞周期差异的主要原因。 3、流式细胞结果图各参数的意义: 前面讲过,常用的流式细胞术分析细胞周期的方法是依据细胞DNA含量(横坐标)来分析的:

G1期:细胞DNA复制还没有开始,也是DNA含量最少的,即流式检测结果图的第一个峰; S 期:细胞开始复制,到完成复制,是一个一倍DNA到二倍DNA的过程,在流式结果图中显示期跨度特别大(第二个不高但很宽的峰); G2期:DNA复制完成至分裂的一段时间,此时细胞内含二倍DNA,在流式结果图中的第二个峰; M期:细胞分裂过程,此时细胞内也是二倍DNA,用DNA含量的方法是无法与G2期分开,所以有第三峰明显升高时报告:G2/M期阻滞。 上图是DOS系统下分析细胞周期的一个示意图。不同的机器分析结果参数表示略有不同,但主要看G1、G2、S三个期的数值即可。 1、纵坐标Cell Number:即计数到的有效细胞数; 2、横坐标DNA Content:即DNA量,为什么用DNA量来区别各周期我们等下再讲; 3、G1、G2、S三期在上图已经用箭头标示; 4、右侧数字含义:Mean G1=195.4即G1期DNA含量平均值为195.4;%G1=73.6即G1期细胞数占总数的73.6%;以此类推……

细胞周期调控与肿瘤发生

细胞周期调控与肿瘤发生 细胞周期(cell cycle)是细胞生命活动的基本过程,指从细胞分裂结束开始,到下一次细胞分裂结束为止的过程,DNA合成和细胞分裂是细胞周期的两个主要事件。在进化过程中,细胞发展并建立了一系列的调控机制,以确保细胞周期严格有序地交替和各时期依次有序变更。细胞的调控机制主要以蛋白质的相互作用为基础,以信号传递引起一系列级联反应为主要过程,以对整个过程的监督和控制为主要表现形式。 人们对细胞周期的调控是从MPF的发现开始的。最初,人们对MPF有以下两种解释: 1、细胞分裂期(M期)细胞中的一种能够使染色体凝集的因子,称为细胞促分裂因子(mitosis-promoting factor,MPF)或M期促进因子(M-phase-promoting factor,MPF) 。 2、成熟的卵细胞中的一种可以诱导卵母细胞成熟的物质,称为卵细胞促成熟因子(matuation-promoting factor,MPF)。 但是,随着对MPF的深入研究,科学家又给出了新的解释:MPF是一种能够 /M转换的周期蛋白激酶,含有两个亚单位,一个是催化促进细胞有丝分裂或G 2 亚单位,一个是调节亚单位。催化亚单位的激酶活性要通过与调节亚单位的结合才能体现出来。MPF的调节亚单位就是细胞周期蛋白(cyclin)。 cyclin是一类随细胞周期变化周而复始出现和消失的蛋白质。目前,人们已相继克隆和分离数十种cyclin,这些不同的cyclin在细胞周期中表达的时期不同,执行的功能各异。但各种周期蛋白之间有共同的结构特点,即均含有一段约100个氨基酸残基的保守序列,称为周期蛋白框(cyclin box)。周期蛋白框介导cyclin与CDK(周期蛋白依赖性蛋白激酶)的结合,不同的周期蛋白框识别不同的CDK,组成不同的周期蛋白-CDK复合体,表现不同的CDK激酶活性。M 期cyclin白分子的近N端含有一段9个氨基酸组成的特殊序列,称为破坏框 期cyclin分(destruction box),参与泛素介导的周期蛋白A和B的降解。G 1 期cyclin的更新有关。 子的C端含有一段特殊的序列,可能与G 1 而周期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinase,CDK),是蛋白质激酶家族中的一员,有三个重要的功能域,其中第二功能域结合cyclin,和cyclin协同作用,是细胞周期调控中的重要因子。CDK可以和cyclin结合形成异二聚体,其中CDK为催化亚基,cyclin为调节亚基,不同的cyclin-CDK复合物,通过CDK活性调节不同底物磷酸化,从而实现对细胞周期的调控。 在细胞周期中,CDK激酶的活性受到多种因素的综合调节。cyclin与CDK 的结合是CDK激酶活性的必要条件和先决条件,但并不是充分条件。如果仅仅是cyclin和CDK的结合,并不能激活CDK激酶的活性,因为激酶活性的体现还需要激酶本身的修饰(如磷酸化和去磷酸化)及一些细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(CDK inhibition,CDKI,可以通过抑制CDK激酶的活性,对细胞周期起负调控作用)的去除等。 细胞周期是一个高度有序的运转过程。如前所述,它的正确运转是在适宜的环境中通过对cyclin-CDK复合物的活性进行精确调控来实现的。cyclin、CDK 的异常表达、CDK抑制因子的缺失等都将使细胞周期发生紊乱,细胞的增殖失控,最终发生癌变。 肿瘤是一类以细胞生长和增殖失控为主要特征的疾病,细胞在增殖、分化和

7_细胞分裂与细胞周期

细胞分裂与细胞周期Cell Division and Cell Cycle 染色体正确复制与分离 细胞增殖的调控

内容 ?有丝分裂过程 ?染色体的运动 ?细胞周期各个时相的特点 ?细胞周期调控 ?细胞周期调控系统的分子组成 ?细胞周期调控机制 ?新的细胞周期如何起始 ?原癌基因和抑癌基因 ?正常细胞增殖与死亡的失衡

一、细胞分裂 (一)细胞分裂的类型 1.无丝分裂、有丝分裂、减数分裂 2.无丝分裂同样是高等生物组织细胞的正常分裂 方式 分裂迅速、能量消耗少、分裂的细胞仍可以执行功 能。存在于人体创伤愈合、癌变及衰老组织中,也 存在于上皮组织、肌肉组织和肝脏中。

(二)有丝分裂的过程 1.有丝分裂(mitosis)保障了染色体完整、均等地分配到两个子细胞中 2.过程:包括细胞核分裂和细胞质分裂(1)前期prophase 特征:染色质凝集、分裂极确定、核仁缩小并解体

?主要事件: ?完成DNA复制的染色质开始凝集,染色单体 通过着丝粒结合。DNA的着丝粒序列形成着 丝粒。 ?中心体完成复制,开始向两极运动 ?中心体,由一对中心粒及其周围的无定形 物质构成,中心粒可能进行微管的组装, 无定形物质中包含大量的与中心体结构和 功能相关的蛋白,如微管蛋白、微管结合 蛋白、马达蛋白等。

?中心体是微管组织中心(MTOC),与细胞 形态维持、细胞运动、有丝分裂密切相关。 ?星体(aster)由中心体及其发出的放射状 排列的微管构成。 ?马达蛋白推动星体沿微管分离,形成有丝 分裂的两极。 ?rRNA合成停止,蛋白翻译水平下降

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