Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Le virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l'agent étiologique du syndrome d'immunodéficience acquise (SIDA), code pour deux protéines de régulation, Tat et Rev, et quatre protéines accessoires, Vif, Vpr, Vpu et Nef. La protéine Vpu du VIH-1 augmente le relâchement des particules virales à partir de la surface des cellules infectées. De plus, Vpu augmente la production virale d'autres rétrovirus tels que MoMuLV et VISNA. Actuellement, la majorité des transferts de gènes sont effectués à l'aide de vecteurs rétroviraux dérivés de MoMuLV. Un des problèmes majeur limitant l'utilisation des vecteurs rétroviraux en thérapie génique est la faible production des virus recombinants. La première partie de cette étude indique que Vpu augmente la production virale des lignées d'encapsidation rétrovirales. En effet, Vpu induit une augmentation de la production virale de 40 et 13 fois pour les lignées d'encapsidation Damp et ivCRIP respectivement. Cette observation suggère que Vpu pourrait jouer un rôle important dans la génération de nouvelles lignées d'encapsidation en augmentant la production des vecteurs rétroviraux et donc l'efficacité du transfert de gènes. La protéine Vpr possède plusieurs fonctions qui contribuent à la réplication du VIH-1 in vitro et in vivo. L'une des fonctions importante de Vpr pour la réplication optimale du VIH-1 est l'induction d'un arrêt en G2 du cycle cellulaire qui favorise la production des protéines virales. Cette fonction précoce nécessite la présence de Vpr dans la particule virale. En effet, Vpr est incorporé en grande quantité dans les virions probablement via une interaction directe avec le domaine p6 de Gag. Cette caractéristique de Vpr permet de cibler des séquences d'acides aminés exogène à l'intérieur du VIH-1 sous forme de protéines de fusion. Une des application envisageable en thérapie génique serait de cibler des séquences protéiques en fusion avec Vpr capables d'interférer avec la réplication du virus. La deuxième partie de ce travail identifie les régions de Vpr comprenant les acides aminés 1 à 88 et 15 à 88 comme responsables de l'incorporation maximale de Vpr en fusion avec la chloramphénicol acétyle transférase (CAT). Les 88 premiers acides aminés de Vpr ont aussi été fusionnés aux 18 derniers acides aminés de Vpu pour générer la protéine de fusion VprIE. Lorsque produite constitutivement par des lymphocytes T CD4+ en culture de cellules, VprIE interfère efficacement avec la réplication du VIH-1. En effet, VprIE démontre un effet protecteur comparable à celui de la protéine anti-VIH-1 RevM10 actuellement en essais cliniques. Enfin, VprIE n'a pas permis l'apparition de souche résistante du VIH-1 capable de se répliquer en présence de la protéine de fusion. Ces résultats établissent les bases nécessaires à la génération de nouvelles protéines de fusion pouvant interférer plus efficacement avec la réplication du VIH-1. De plus, l'ensemble de ce travail indique qu'il est possible d'utiliser les fonctions des protéines Vpu et Vpr du VIH-1 pour des applications en thérapie génique.

La protéine auxiliaire Vpr du VIH-1 est exprimée tardivement au cours de la réplication virale. Toutefois, du fait de son encapsidation dans les particules virales, elle joue un rôle important dès les étapes initiales du cycle de réplication viral. Cette protéine de 96 acides aminés intervient en effet au cours de la rétrotranscription du génome viral puis de la translocation de l’ADN viral vers le noyau de la cellule hôte. Parallèlement, elle provoque un arrêt du cycle cellulaire et l’apoptose des lymphocytes T infectés. Alors qu’il a été établi que Vpr participait au contrôle de la fidélité de la rétrotranscription via le recrutement au sein des particules virales de l’uracile DNA glycosylase 2 (UNG2), enzyme impliquée dans les processus de réparation de l’ADN, certaines études ont ensuite remis en question l’impact positif de l’encapsidation de l’UNG2 sur la réplication virale. Les travaux présentés ici permettent de confirmer le rôle de l’UNG2 dans le contrôle du taux de mutations au sein de l’ADN synthétisé à partir de l'ARN viral par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique, mais lié à des déterminants situés dans la partie N-terminale de la protéine engagée dans le recrutement de la sous-unité p32 du complexe RPA (Replication protein A) (RPA32). Nous avons montré, dans un premier temps, que la production de virus dans des cellules dont les niveaux d'expression de l'UNG2 et de RPA32 étaient diminués se traduisait par une réduction significative du pouvoir infectieux des particules virales et de la synthèse de l’ADN viral. Nous avons ensuite montré que la protéine Vpr est capable de former un complexe tri-moléculaire avec les protéines UNG2 et RPA32, et confirmé l’importance de ces deux protéines cellulaires pour permettre une réplication virale optimale aussi bien dans des lignées cellulaires T que dans les cellules primaires cibles du VIH-1. Même si les macrophages et les PBMCs (cellules mononucléaires du sang périphérique), cellules cibles du VIH-1, expriment des niveaux faibles d’UNG2 et de RPA32, ces protéines cellulaires semblent requises pour permettre une synthèse d'ADN virale suffisante à la réplication optimale du virus dans ces cellules primaires. L’ensemble de ces résultats suggère que le contrôle de la rétrotranscription par Vpr a lieu via le recrutement de deux protéines cellulaires UNG2 et RPA32 permettant la dissémination efficace du VIH-1 dans les cellules cibles primaires. / The HIV-1 auxiliary protein Vpr is expressed during the late steps of the viral replication. However, Vpr is incorporated into HIV-1 viral particles and plays a key role during the initial steps of the viral replication cycle. This 96 amino acids protein is involved in viral genome reverse transcription as well as in viral DNA translocation into the nucleus of the host cell. In parallel, Vpr provokes cell cycle arrest and apoptosis of infected T cells. Previously, it has been well established that Vpr participates in the control of the fidelity of the reverse transcription through the recruitment of the Uracil DNA Glycosylase 2 (UNG2) into the viral particles. UNG2 is an enzyme involved in different DNA repair pathway. However some studies have challenged the positive impact of UNG2 encapsidation for HIV-1 replication. Here, our studies confirm the important role of UNG2 for the control of the mutation rate in the newly synthesized viral DNA by a mechanism independent of its enzymatic activity but dependent to determinants located in the N-terminal domain that is involved in the recruitment of the p32 subunit of the RPA (Replication Protein A) complex (RPA32). First we showed that viruses produced in UNG2 or RPA32 depleted cells present a defect of infectivity and that the reverse transcription step is impaired during the course of infection of these viruses. Then we reported that the Vpr protein is able to form a trimolecular complex with UNG2 and RPA32 and we confirmed the importance of both UNG2 and RPA32 for optimal virus replication in a T cell line as well as in HIV-1 primary target cells. Even though macrophages and PBMCs (Peripheral Blood Mononuclear Cells), target cells of HIV-1, express low level of UNG2 and RPA32, these cellular proteins seem to be required for an efficient viral DNA synthesis leading to an optimal virus replication in primary cells. All these results suggest that Vpr controls the reverse transcription step through the recruitment of two cellular proteins UNG2 and RPA32 which allow the efficient dissemination of HIV-1 in the primary target cells.

La protéine auxiliaire Vpr du VIH-1 est exprimée tardivement au cours de la réplication virale. Toutefois, du fait de son encapsidation dans les particules virales, elle joue un rôle important dès les étapes initiales du cycle de réplication viral. Cette protéine de 96 acides aminés intervient en effet au cours de la rétrotranscription du génome viral puis de la translocation de l’ADN viral vers le noyau de la cellule hôte. Parallèlement, elle provoque un arrêt du cycle cellulaire et l’apoptose des lymphocytes T infectés. Alors qu’il a été établi que Vpr participait au contrôle de la fidélité de la rétrotranscription via le recrutement au sein des particules virales de l’uracile DNA glycosylase 2 (UNG2), enzyme impliquée dans les processus de réparation de l’ADN, certaines études ont ensuite remis en question l’impact positif de l’encapsidation de l’UNG2 sur la réplication virale. Les travaux présentés ici permettent de confirmer le rôle de l’UNG2 dans le contrôle du taux de mutations au sein de l’ADN synthétisé à partir de l'ARN viral par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique, mais lié à des déterminants situés dans la partie N-terminale de la protéine engagée dans le recrutement de la sous-unité p32 du complexe RPA (Replication protein A) (RPA32). Nous avons montré, dans un premier temps, que la production de virus dans des cellules dont les niveaux d'expression de l'UNG2 et de RPA32 étaient diminués se traduisait par une réduction significative du pouvoir infectieux des particules virales et de la synthèse de l’ADN viral. Nous avons ensuite montré que la protéine Vpr est capable de former un complexe tri-moléculaire avec les protéines UNG2 et RPA32, et confirmé l’importance de ces deux protéines cellulaires pour permettre une réplication virale optimale aussi bien dans des lignées cellulaires T que dans les cellules primaires cibles du VIH-1. Même si les macrophages et les PBMCs (cellules mononucléaires du sang périphérique), cellules cibles du VIH-1, expriment des niveaux faibles d’UNG2 et de RPA32, ces protéines cellulaires semblent requises pour permettre une synthèse d'ADN virale suffisante à la réplication optimale du virus dans ces cellules primaires. L’ensemble de ces résultats suggère que le contrôle de la rétrotranscription par Vpr a lieu via le recrutement de deux protéines cellulaires UNG2 et RPA32 permettant la dissémination efficace du VIH-1 dans les cellules cibles primaires. / The HIV-1 auxiliary protein Vpr is expressed during the late steps of the viral replication. However, Vpr is incorporated into HIV-1 viral particles and plays a key role during the initial steps of the viral replication cycle. This 96 amino acids protein is involved in viral genome reverse transcription as well as in viral DNA translocation into the nucleus of the host cell. In parallel, Vpr provokes cell cycle arrest and apoptosis of infected T cells. Previously, it has been well established that Vpr participates in the control of the fidelity of the reverse transcription through the recruitment of the Uracil DNA Glycosylase 2 (UNG2) into the viral particles. UNG2 is an enzyme involved in different DNA repair pathway. However some studies have challenged the positive impact of UNG2 encapsidation for HIV-1 replication. Here, our studies confirm the important role of UNG2 for the control of the mutation rate in the newly synthesized viral DNA by a mechanism independent of its enzymatic activity but dependent to determinants located in the N-terminal domain that is involved in the recruitment of the p32 subunit of the RPA (Replication Protein A) complex (RPA32). First we showed that viruses produced in UNG2 or RPA32 depleted cells present a defect of infectivity and that the reverse transcription step is impaired during the course of infection of these viruses. Then we reported that the Vpr protein is able to form a trimolecular complex with UNG2 and RPA32 and we confirmed the importance of both UNG2 and RPA32 for optimal virus replication in a T cell line as well as in HIV-1 primary target cells. Even though macrophages and PBMCs (Peripheral Blood Mononuclear Cells), target cells of HIV-1, express low level of UNG2 and RPA32, these cellular proteins seem to be required for an efficient viral DNA synthesis leading to an optimal virus replication in primary cells. All these results suggest that Vpr controls the reverse transcription step through the recruitment of two cellular proteins UNG2 and RPA32 which allow the efficient dissemination of HIV-1 in the primary target cells.

La protéine auxiliaire Vpr du VIH-1 est exprimée tardivement au cours de la réplication virale. Toutefois, du fait de son encapsidation dans les particules virales, elle joue un rôle important dès les étapes initiales du cycle de réplication viral. Cette protéine de 96 acides aminés intervient en effet au cours de la rétrotranscription du génome viral puis de la translocation de l’ADN viral vers le noyau de la cellule hôte. Parallèlement, elle provoque un arrêt du cycle cellulaire et l’apoptose des lymphocytes T infectés. Alors qu’il a été établi que Vpr participait au contrôle de la fidélité de la rétrotranscription via le recrutement au sein des particules virales de l’uracile DNA glycosylase 2 (UNG2), enzyme impliquée dans les processus de réparation de l’ADN, certaines études ont ensuite remis en question l’impact positif de l’encapsidation de l’UNG2 sur la réplication virale. Les travaux présentés ici permettent de confirmer le rôle de l’UNG2 dans le contrôle du taux de mutations au sein de l’ADN synthétisé à partir de l'ARN viral par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique, mais lié à des déterminants situés dans la partie N-terminale de la protéine engagée dans le recrutement de la sous-unité p32 du complexe RPA (Replication protein A) (RPA32). Nous avons montré, dans un premier temps, que la production de virus dans des cellules dont les niveaux d'expression de l'UNG2 et de RPA32 étaient diminués se traduisait par une réduction significative du pouvoir infectieux des particules virales et de la synthèse de l’ADN viral. Nous avons ensuite montré que la protéine Vpr est capable de former un complexe tri-moléculaire avec les protéines UNG2 et RPA32, et confirmé l’importance de ces deux protéines cellulaires pour permettre une réplication virale optimale aussi bien dans des lignées cellulaires T que dans les cellules primaires cibles du VIH-1. Même si les macrophages et les PBMCs (cellules mononucléaires du sang périphérique), cellules cibles du VIH-1, expriment des niveaux faibles d’UNG2 et de RPA32, ces protéines cellulaires semblent requises pour permettre une synthèse d'ADN virale suffisante à la réplication optimale du virus dans ces cellules primaires. L’ensemble de ces résultats suggère que le contrôle de la rétrotranscription par Vpr a lieu via le recrutement de deux protéines cellulaires UNG2 et RPA32 permettant la dissémination efficace du VIH-1 dans les cellules cibles primaires. / The HIV-1 auxiliary protein Vpr is expressed during the late steps of the viral replication. However, Vpr is incorporated into HIV-1 viral particles and plays a key role during the initial steps of the viral replication cycle. This 96 amino acids protein is involved in viral genome reverse transcription as well as in viral DNA translocation into the nucleus of the host cell. In parallel, Vpr provokes cell cycle arrest and apoptosis of infected T cells. Previously, it has been well established that Vpr participates in the control of the fidelity of the reverse transcription through the recruitment of the Uracil DNA Glycosylase 2 (UNG2) into the viral particles. UNG2 is an enzyme involved in different DNA repair pathway. However some studies have challenged the positive impact of UNG2 encapsidation for HIV-1 replication. Here, our studies confirm the important role of UNG2 for the control of the mutation rate in the newly synthesized viral DNA by a mechanism independent of its enzymatic activity but dependent to determinants located in the N-terminal domain that is involved in the recruitment of the p32 subunit of the RPA (Replication Protein A) complex (RPA32). First we showed that viruses produced in UNG2 or RPA32 depleted cells present a defect of infectivity and that the reverse transcription step is impaired during the course of infection of these viruses. Then we reported that the Vpr protein is able to form a trimolecular complex with UNG2 and RPA32 and we confirmed the importance of both UNG2 and RPA32 for optimal virus replication in a T cell line as well as in HIV-1 primary target cells. Even though macrophages and PBMCs (Peripheral Blood Mononuclear Cells), target cells of HIV-1, express low level of UNG2 and RPA32, these cellular proteins seem to be required for an efficient viral DNA synthesis leading to an optimal virus replication in primary cells. All these results suggest that Vpr controls the reverse transcription step through the recruitment of two cellular proteins UNG2 and RPA32 which allow the efficient dissemination of HIV-1 in the primary target cells.

Les protéines accessoires du VIH-1 Vif et Vpr jouent un rôle indirect dans la variabilité génétique virale. La protéine Vpr limite le taux d'erreurs induites par la TI en interagissant avec l'UNG2. La protéine Vif intervient en prévenant l'apparition de mutations résultant de l'activité des cytidines désaminases APOBEC3 sur l'ADN viral. La variabilité génétique induite par ces protéines pourrait jouer un rôle dans la résistance aux antirétroviraux. Dans une première partie de la thèse, nous avons identifié la mutation K22H dans vif chez des patients en échec. Cette mutation favorise l'apparition de mutations G-vers-A dans le génome viral (par perte partielle d'interaction avec la désaminase cellulaire APOBEC3G) et participe à l'apparition de mutations de résistance (M184I dans la TI) pouvant expliquer l'échec virologique chez ces patients. Dans un autre travail, nous montrons que deux mutations de résistance (E138K et M184I dans TI) fréquemment retrouvées en cas d'échec virologique à la combinaison emtricitabine-ténofovir et rilpirivine apparaissent de façon concomitante sous l'action d'APOBEC3 en dehors de tout traitement. Enfin, dans la dernière partie de ce travail, nous avons identifié la mutation E17A dans vpr associée aux " thymidin analog mutations " ou TAMs (M41L, L210W, et T215Y) dans la TI et à la prise de didanosine chez des patients en échec virologique. Des études phénotypiques ont montré que le virus E17A+TAMs confère une résistance à la didanosine supérieure à celle conférée par les TAMs seules ou le virus E17A seul. Ce travail met en évidence un nouveau rôle de Vpr dans les mécanismes de résistance aux antirétroviraux.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:36:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2485062 bytes, checksum: ad2a2349ad56d837e75386f8c9ba1027 (MD5) Previous issue date: 2010-03-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The present dissertation deals with the Routing Circuits for Field Programable Gate Arrays (FPGAs). Due to the combinatorial nature of the problem, heuristics methods are commonly used to generate good quality solutions in an acceptable computationally time. In this context, a procedure based on GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) with a procedure of local search based on ILS (Iterated Local Search) is proposed. The algorithm has been tested in benchmark problems found in the literature, MCNC, exploring timing-driven and channel-width criteria, being able to improve 55% of the benchmarks on timing drive criteria and improve 5,3% of the benchmarks on channel width criteria. / A presente dissertação trata do problema de roteamento de circuitos para Field Programable Gate Arrays (FPGAs). Em função da natureza combinatória do problema, métodos heurísticos são comumente utilizados para gerar soluções de boa qualidade em um tempo computacionalmente aceitável. Neste contexto, um procedimento baseado na metaheurística GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) com um procedimento de busca local baseado em ILS (Iterated Local Search) é proposto. O algoritmo foi testado em instâncias encontradas na literatura, benchmark MCNC, explorando os critérios de tempo crítico e números de trilhas, onde mostrou-se capaz de melhorar 55% das instancias no critério de tempo crítico e 5,3% quanto ao número de trilhas.

Viral protein r (Vpr) of Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) plays an important role in the ability of the virus to infect cells and cause disease. Two polymorphisms to Vpr have been shown to result in differences in disease progression in infected individuals. R36W tends to result in rapid disease progression while R77Q results in long-term non-progression. In order to better understand how these polymorphisms result in these different disease phenotypes, our lab has recently shown that in cell culture, the R36W polymorphism results in increased viral replication and greater induction of cell death. On the other hand, infection with R77Q results in increased G2 cell cycle arrest and increased induction of apoptosis. In this thesis, we have attempted to study how these two polymorphisms affect the ability of HIV-1 to cause cell death in primary CD4+ cells. We show that infection by a Vpr knockout virus results in increased apoptosis while infection with R77Q and R36W result in decreased apoptosis. Additionally, R77Q infection results in increased p24 production. Further, we attempted create a Rag2-/- γc-/- humanized mouse model in order to better study roles of these polymorphisms in vivo. An additional goal of this thesis was to characterize twelve novel Bacillus anthracis bacteriophage. B. anthracis is gram positive, anaerobic, rod best known for being the causative agent of anthrax. Bacteriophage, viruses that infect bacteria, have been used to identify bacterial contamination and to treat infection. Herein, we report the isolation, sequencing, and characterization of twelve novel phages that infect B. anthracis. The genomes were annotated using DNA Master and BLASTp. Hypothetical proteins were analyzed with Phyre2 to predict possible functions based on protein structure, revealing over 100 new predicted functions. Dotplot generation showed that these phages group into four distinct clusters. By running the major portal protein of one representative of each cluster through BLASTp, we have identified the closest relatives to our novel phages and placed them into their respective genera and groups.

Le détournement de la machinerie cellulaire basé sur la dégradation par la voie du protéasome est une stratégie fréquemment retrouvée chez les virus afin d'optimiser leur réplication. Ainsi, le VIH-1 a développé toute une série de contremesures via ses protéines accessoires, vif et vpu notamment, afin de cibler les facteurs de restriction vers la voie du protéasome. La protéine accessoire Vpr est également associée à un complexe Cul4 E3 ubiquitin ligase mais est toujoursorphelin de sa cible. Nos travaux ont montré que la protéine CTIP2 est un acteur majeur impliqué dans la restriction de la réplication du VIH-1. Nous proposons de défendre la thèse selon laquelle la protéine CTIP2 est dégradée par la voie du protéasome en présence de la protéine vpr. Nous avons ainsi montré que l'expression de la protéine CTIP2 est plus forte en absence qu'en présence de la protéine vpr. Des expériences utilisant des inhibiteurs de la voie du protéasome sont en faveur d'une régulation de type post traductionnel. Par immunoprécipitation, nous avons montré que CTIP2 fait partie d'un complexe comprenant DDB1 et DCAF1 en présence et en absence de Vpr. Sa dégradation est prévenue en présence du mutant vpr (Q65R) qui n'interagit plus avec DCAF, et en présence d'un Knock Down de DCAF1par ailleurs, DCAF1 est associé avec CTIP2 inclus dans le complexe impliqué dans l'établissement de la latence du VIH-1 comprenant notamment HDAC1. Enfin, les protéines CTIP2, Vpr et DCAF colocalisent dans les noyaux des cellules microgliales. Nos résultats suggèrent fortement que la protéine Vpr favorise la dégradation du facteur CTIP2, qui est décrit comme un facteur restreignant l'infection par le VIH-1 dans les cellules microgliales, et ainsi favorise sa réplication.

Primate lentiviruses encode four “accessory proteins” including Vif, Vpu, Nef, and Vpr/ Vpx. Vif and Vpu counteract the antiviral effects of cellular restrictions to early and late steps in the viral replication cycle. The functions of Vpx/ Vpr are not well understood. This study presents evidence that the Vpx proteins of HIV-2/ SIVSMpromote HIV-1 infection by antagonizing an antiviral restriction in myeloid cells. Fusion of macrophages in which Vpx was essential for virus infection, with COS cells in which Vpx was dispensable for virus infection, generated heterokaryons that supported infection by wild-type SIV but not Vpx-deleted SIV. The restriction potently antagonized infection of macrophages by HIV-1, and expression of Vpx in macrophages in transovercame the restriction to HIV-1 and SIV infection. Similarly, the cellular restriction is the obstacle to transduction of macrophages by MLV. Neutralization of the restriction by Vpx rendered macrophages permissive to MLV infection. Vpx was ubiquitylated and both ubiquitylation and the proteasome regulated the activity of Vpx. The ability of Vpx to counteract the restriction to HIV-1 and SIV infection was dependent upon the HIV-1 Vpr interacting protein, damaged DNA binding protein 1 (DDB1), and DDB1 partially substituted for Vpx when fused to Vpr. This study further demonstrates that this restriction prevents transduction of quiescent monocytes by HIV-1. Although terminally differentiated macrophages are partially permissive to HIV-1, quiescent monocytes, which are macrophage precursors, are highly refractory to lentiviral infection. Monocyte-HeLa heterokaryons were resistant to HIV-1 infection, while heterokaryons formed between monocytes and HeLa cells expressing Vpx were permissive to HIV-1 infection, suggesting the resistance of quiescent monocytes to HIV-1 transduction is governed by a restriction factor. Encapsidation of Vpx within HIV-1 virions conferred the ability to infect quiescent monocytes. Introduction of Vpx into monocytes by pre-infection also rendered quiescent monocytes permissive to HIV-1 infection. Infection of monocytes by HIV-1 either with or without Vpx did not have an effect on temporal expression of CD71. In addition, Vpx increased permissivity of CD71– and CD71+cells to HIV-1 infection with no apparent bias. These results confirm that Vpx directly renders undifferentiated monocytes permissive to HIV-1 transduction without inducing their differentiation. The introduction of Vpx did not significantly alter APOBEC3G complex distribution, suggesting a restriction other than APOBEC3G was responsible for the resistance of monocytes to HIV-1. Collectively our results indicate that macrophages and monocytes harbor a potent antiviral restriction that is counteracted by the Vpx protein. The relative ability of primate lentiviruses and gammaretroviruses to transduce non-dividing myeloid-cells is dependent upon their ability to neutralize this restriction.

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