Bases celulares de la inmunidad

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BASES CELULARES Y MOLECULARES DEL SISTEMA

INMUNE

MECANISMOS PATOGENICOS DE AUTOINMUNIDAD

DRA. MARIA VICTORIA COLICADra. MARIA VICTORIA COLICA

Respuesta InmuneRespuesta Inmune

• Todas las células del Sistema Inmune necesitan estar conectadas entre sí para elaborar en forma conjunta y ordenada una Respuesta Inmune que permita eliminar al agente patógeno y mantener la homeostasis.

• RESPUESTA INMUNE: RESPUESTA COLECTIVA Y COORDINADA DE CELULAS, MOLECULAS Y ORGANOS LINFOIDES ANTE LA INTRODUCCION DE MOLECULAS EXTRAÑAS

Respuesta InmuneRespuesta Inmune

CELULARHUMORAL

TCITOTOXICAS

CD8+

THELPERS

CD4+

TMEMORIA

B EFECTORAS

B MEMORIA

Respuesta InmuneRespuesta Inmune

• Una respuesta inmune exitosa contra un microorganismo potencialmente dañino depende del reconocimiento ESPECIFICO de antígenos foráneos por los linfocitos T y B

Presentación antigénicaRESTRICCION DE LA RESPUESTA INMUNE

•Las células T CD8 y CD4 y su TCR reconocen al antígeno mediante

células presentadoras de antígeno (APCs), asociadas con

moléculas HLA Clase I (citotoxicidad) y Clase II (“helper” o

colaboradoras) respectivamente.

TODAS LAS CELULAS

SOMATICAS

CELULAS PRESENTADORAS DE ANTIGENOS

HLA-Clase I HLA-Clase II

MHC Clase I

El procesamiento y presentación de péptidos por Clase I requiere:

A- la generación de péptidos antigénicos por el proteosoma y otras proteasas

B- el transporte mediado por dímeros TAP hacia el RE

C- el ensamble del péptido a la molécula HLA por chaperonas

Los peptidos unidos a las

moléculas de HLA clase I son transportados a la superficie celular

para ser presentados a las células CD8+.

Presentación en MHC de clase I

Membrana plasmática

El proteosoma degrada las proteínas

citosólicas en peptidos

La cadena y 2-microglobulina son

sintetizadas en RE

El transportador de péptidos introduce

los péptidos al RE

El péptido se asocia al complejo MHC-I

El peptido y la molécula de MHC van a

Golgi

La molécula de MHC cargada con el peptido van hacia la superficie

El péptido es presentado a linfocitos CD8

Aparato deGolgi

RE

Proteína intacta

MHC Clase IIMHC Clase II

A- Las moléculas de clase II presentan péptidos derivados de antigenos exógenos, internalizados por vía endocíticaB- Los heterodímeros de clase II se ensamblan en el RE con la cadena invarianteC- La cadena invariante es degradada en distintos pasos, llevando al péptido asociado (CLIP) dentro del bolsillo de bindingD- Clip es liberado; paso catalizado por HLA-DM (regulado por HLA-DO)

Los peptidos unidos a las

moléculas de HLA clase II son transportados a la superficie celular

para ser presentados a las células CD4+.

Presentación en MHC de clase II

Proteína de origen extracelular

Endocitosis

La proteína es procesada en el endolisosoma

Endosoma

Lisosoma

RE

Síntesis de las cadenas de MHC:

α,β y Ii

Aparato de Golgy

La vesícula de exocitosis se fusiona con el

endosoma

α

β Ii

Las moléculas de MHC se

cargan con los péptidos

Exocitosis

El péptido es presentado a linfocitos CD4

Membrana plasmática

MOLECULAS ACCESORIAS• Son proteínas integrales de membrana que juegan un rol

importante en el reconocimiento antigénico y en las respuestas funcionales

• Se unen específicamente a otras moléculas (ligandos) presentes en la superficie de otras células (CPA o células diana)

• Aumentan la fuerza de unión entre LT y CPA o célula diana ( aseguran la correcta interacción entre el complejo TCR-CD3/ péptido MHC)

• Transducen señales al interior de la célula T.

Activación de células TActivación de células T

• 2 señales

• S1: interacción TCR/MHC péptido

• S2: señal coestimuladora( CD28-CD80)

• La señal del TCR se transduce y amplifica a través de una cascada enzimática de tirosina kinasa (PTK)

Células T helper CD4+Células T helper CD4+

• Rol importante en la inmunidad mediada por células

• Seleccionan y activan las células efectoras apropiadas

• Colaboran con los LB en la producción de anticuerpos

• Modulan las acciones de otras células efectoras (macrófagos, NK, etc)

– proliferación de células efectoras

– aumenta las funciones de células efectoras

Citotoxicidad mediada por célulasCitotoxicidad mediada por célulasCélulas T citotóxicas CD8, N KillerCélulas T citotóxicas CD8, N Killer

• Son un subset de linfocitos que destruyen células blanco las cuales expresan antígenos específicos

• Células efectoras importantes en tres contextos• infección viral• rechazo de tumores• rechazo agudo de transplantes

• Lisis o muerte celular • Es antígeno específica• requiere contacto célula a célula(cada LTc es

capaz de matar en forma secuencial a varias células target)

• Los LTc no se dañan durante la lisis

Proceso de lisis mediada por LT citotóxicosProceso de lisis mediada por LT citotóxicos

• Reconocimiento-TCR CD8/ MHC péptido y moléculas accesorias

requieren colaboración de LT h

• Activación- cross-linking de su receptor = LTh

• Golpe letal• Liberación del LTc• Muerte programada de la célula blanco como

consecuencia del golpe letal

Respuesta InmuneRespuesta Inmune

Para ello, las células utilizan 3 medios principales de comunicación:

1.- Contacto directo por moléculas de membrana.

2.- Contacto directo con células del estroma

3.- Contacto con proteínas solubles tales como las CITOQUINASCITOQUINAS.

CITOQUINAS - CITOQUINAS - FuncionesFunciones

Cada citoquina puede ejercer más de una acción y sobre distintos tipos celulares (pleiotropia).

Célula 1

Célula 2

Célula 3

Efecto 1

Efecto 2

Efecto 3

IL-4

Célula B

Célula Th

Macrófago

Producción IgE

Diferenciación Th2

Inhibición activación

Distintas citoquinas pueden inducir acciones similares sobre distintos “blancos” (redundancia).

Célula B Proliferación

IL2

IL-4

IL-6

Pueden actuar como factores de crecimiento de LT en distintas situaciones fisiológicas

Sinergismo

Célula Efecto Potenciado

IFNMacrófago Potenciación

de la activación

TNF

Formas de Regular al Sistema InmuneFormas de Regular al Sistema InmuneFormas de Regular al Sistema InmuneFormas de Regular al Sistema Inmune

Control de la activación, proliferación y diferenciación de varios tipos celulares

Control de secreción de anticuerpos y de otras citoquinas

Señales Señales intracelularesintracelulares que controlan la que controlan la proliferación celular y la apoptosisproliferación celular y la apoptosis

PROLIFERACIONPROLIFERACION CONTROLES CONTROLES

POSITIVOSPOSITIVOSACTIVACION DE

CICLINAS Y CDKs

CONTROLES CONTROLES NEGATIVOSNEGATIVOS

INHIBICION DE CICLINAS Y CDKs

P53P21

APOPTOSISAPOPTOSIS CONTROLES CONTROLES

POSITIVOSPOSITIVOS Citocromo c activa la cascada de las caspasas al

formar un complejo con Apaf (factor activador de las proteasas apoptóticas)

CONTROLES CONTROLES NEGATIVOSNEGATIVOS Bcl-2 bloquea la liberación del citocromo c de

las mitocondrias y/o se une a Apaf impidiendo su interacción con las caspasas iniciadoras

Señales extracelularesextracelulares que controlan la proliferación celular y la apoptosis

PROLIFERACIONPROLIFERACION CONTROLES CONTROLES

POSITIVOSPOSITIVOSMITOGENOS

(Factores de crecimiento)

CONTROLES CONTROLES NEGATIVOSNEGATIVOS

TGFß

APOPTOSISAPOPTOSIS CONTROLES CONTROLES

POSITIVOSPOSITIVOS FAS - FAS LIGANDO : activa

moléculas tipo Apaf y por tanto la cascada de caspasas

CONTROLES CONTROLES NEGATIVOSNEGATIVOS FACTORES DE

SUPERVIVENCIA

GENETICA DEL SISTEMA INMUNEGENETICA DEL SISTEMA INMUNE

• La capacidad del sistema inmune de reconocer antígenos depende de la generación de anticuerposanticuerpos por los Linfocitos BLinfocitos B y de los receptoresreceptores expresados por las células Tcélulas T

• A pesar de las diferencias entre ANTICUERPOSANTICUERPOS y RECEPTORES TRECEPTORES T, los procesos moleculares que generan diversidad son muy similares

GEN ANCESTRAL COMUN ?????

Qué genes forman parte de la Qué genes forman parte de la superfamilia de Ig?superfamilia de Ig?

Qué características tienen?Qué características tienen?

SUPERFAMILIA DE GENES DE LA INMUNIDAD

SUPERFAMILIA DE GENES DE IgSUPERFAMILIA DE GENES DE Ig

• MOLECULAS QUE MEDIAN EL RECONOCIMIENTO ESPECIFICO DE LOS ANTIGENOS

• ESTRUCTURA BASICA COMUN – HOMOLOGA A LA Ig

• TODAS POSEEN REGIONES CONSTANTES Y PARTES DE GRAN VARIABILIDAD

• LAS REGIONES POLIMORFICAS: INTERACCION CON EL ANTIGENO

TCR: TCR: Receptor de Ag de los linfocitos TReceptor de Ag de los linfocitos T

Permite a las células T reconocer una amplia gama de Ag en el contexto de las moléculas de HLA Clase I y Clase II

Esta asociado en la membrana celular al complejo polipeptidico CD3, necesario para su correcto ensamblado y expresión y fundamental en la activación del Linfocito T a través de la transducción de señales

TCR: Tipos: -

Moléculas coestimulatorias

B7-2 CD28

B7-1 CTLA-4

Moléculas de adhesión

N-caherin PECAM-1 VCAM-1 Extracellular matrix P-selectin

Immunoglobulin superfamily

Homophilic Integrins Mucin

Heterophilic

Cómo se puede enfrentar un genoma Cómo se puede enfrentar un genoma finito a la producción prácticamente finito a la producción prácticamente

infinita de anticuerpos?infinita de anticuerpos?

RECOMBINACION DE LOS GENES DE LA RECOMBINACION DE LOS GENES DE LA CADENA PESADACADENA PESADA: recombinación de los

segmentos génicos V,D y J para formar el dominio VH

• CADENA CADENA • CADENA CADENA

RECOMBINACION DE LOS GENES DE LA RECOMBINACION DE LOS GENES DE LA CADENA LIVIANACADENA LIVIANA: recombinación de los

segmentos génicos V y J para formar el dominio VL

La recombinación de genes de La recombinación de genes de receptores antigénicos de células B y T receptores antigénicos de células B y T

tiene tres formas comunes de tiene tres formas comunes de regulación.regulación.

REGULACION DE LOS GENES DE REGULACION DE LOS GENES DE RECEPTORES DE ANTIGENOSRECEPTORES DE ANTIGENOS

• LA RECOMBINACION SE REGULA LA RECOMBINACION SE REGULA POR TRES VIASPOR TRES VIAS

1- ESPECIFICIDAD DE LINAJE• Los genes de Ig se rearreglan sólo en linfocitos B

• Los genes del TCR se rearreglan sólo en linfocitos T

CONTROL DE LA TRANSCRIPCION CONTROL DE LA TRANSCRIPCION Y TRADUCCION DE LOS GENES DE Y TRADUCCION DE LOS GENES DE

IgIg

• EXPRESION EN UN TIPO CELULAR ESPECIFICO• INDUCCION DE LA BIOSINTESIS Y SECRECION

POR ESTIMULOS EXTERNOS (ANTIGENOS, CITOQUINAS, LINFOCITOS T HELPER, ETC)

Genes de regulación tipo específica en LB: control de la trascripción de genes de Ig por promotores, enhancers y factores de transcripción.

REGULACION DE LOS GENES DE REGULACION DE LOS GENES DE RECEPTORES DE ANTIGENOSRECEPTORES DE ANTIGENOS

• LA RECOMBINACION SE REGULA POR TRES VIAS2- ORDEN

• La cadena pesada de Igcadena pesada de Ig rearregla antes que la antes que la cadena liviana de Igcadena liviana de Ig

• TCRTCRββ rearregla antes que el TCRTCRαα

REPERTORIO DE ANTICUERPOSREPERTORIO DE ANTICUERPOS Cada clon de linfocitos B sintetiza un set de cadenas pesadas y

un set de cadenas livianas de Ig, con una única región variable, que ante el estímulo antigénico se libera al medio

CADENA PESADA

Recombinación D-J

Recombinación V-D-J

Transcripción V-D-J- - .

Traducción

CADENA LIVIANA

Recombinación V-J

Transcripción VJ / VJ

Traducción

Ig de membranaIg de membrana

Switch a IgG, ó IgA, ó IgESwitch a IgG, ó IgA, ó IgE

Secreción IgMSecreción IgM1º Ag

2º Ag

REGULACION DE LOS GENES DE REGULACION DE LOS GENES DE RECEPTORES DE ANTIGENOSRECEPTORES DE ANTIGENOS

• LA RECOMBINACION SE REGULA POR TRES VIAS

3- EXCLUSION ALELICA• Una célula TT ó BB expresa sólo el rearreglo funcional

de un locus

MMecanismos que originan ecanismos que originan diversidad en la generación de diversidad en la generación de

anticuerposanticuerpos

1. Presencia de genes germinales múltiples2. Diversidad combinatorial3. Diversidad de la unión VDJ4. Adición de nucleótidos P5. Adición de nucleótidos N6. Mutaciones somáticas

LOS MECANISMOS DE LOS MECANISMOS DE DIVERSIDADDIVERSIDAD

• Tres mecanismos moleculares principales contribuyen a la diversidad del repertorio de células B y T

– La recombinación de genes genera el primer repertorio en ambos casos

– El switch de recombinación de clases (CSR) y la hipermutación somática aumentan la calidad de la respuesta de las células B contra el antígeno

DIVERSIDAD DE LOS ANTICUERPOSDIVERSIDAD DE LOS ANTICUERPOS

IMPLICAN EVENTOS RECOMBINATORIOSDONDE LOS BREAKS DEL DNA DEBENSER REPARADOS CORRECTAMENTEPARA ASEGURAR LA SOBREVIDA Y

MADURACION DEL LINFO B

MECANISMO DE RECOMBINACIONMECANISMO DE RECOMBINACION

• Proceso controlado por genes activadores de la recombinación: RAG1 - RAG2

V D

G A G A T T A G 7 23 9 9 12 7

C T C T A A T C

MECANISMOS DE REARREGLO MECANISMOS DE REARREGLO GÉNICOGÉNICO

MECANISMO DE LOOPING OUT:MECANISMO DE LOOPING OUT:Ruptura del DNA entre los segmentos génicos

RECOMBINASAS:RECOMBINASAS: Median la unión VDJ Y VJ Función exonucleasa y ligasa Reconocen secuencias específicas

Forman un loop de DNA que luego se escindeSon específicas del linfocito BActuan en estadíos tempranos de diferenciación del linfo

B ( preB - celula B inmadura)Genes RAG-1 y RAG-2 estimulan a estas enzimas

Variaciones sutiles en la posición en la cual tiene Variaciones sutiles en la posición en la cual tiene lugar la recombinación generan mayor diversidadlugar la recombinación generan mayor diversidad

CCC C C C T G G

CCC T G G

PRO TRP

CCC C C C T G G

PRO ARG

CCCC

CCC C C C T G G

T G

PRO PRO

CCCCC

T G G

Adición de nucleótidos PAdición de nucleótidos P

• LA GENERACION DE LA HORQUILLA GENERA LA GENERACION DE LA HORQUILLA GENERA LA ADICION DE UNA SECUENCIA LA ADICION DE UNA SECUENCIA PALINDROMICA EN LOS EXTREMOS, DURANTE PALINDROMICA EN LOS EXTREMOS, DURANTE LA REPARACIONLA REPARACION

D JTCAG

TAAT

TATAATAT

D JTCAGTAAT

JTCAGAGTGD

Adición de nucleótidos NAdición de nucleótidos N

• NUCLEOTIDOS QUE SE AÑADEN DURANTE EL NUCLEOTIDOS QUE SE AÑADEN DURANTE EL PROCESO DE UNION V(D)J POR ACCION DE LA PROCESO DE UNION V(D)J POR ACCION DE LA ENZIMA TdTENZIMA TdT

D JTCAG

TAAT

TATAATAT

D JTCAGTAAT

JTCAGAGTAGTGTCAD

MECANISMOS DE LA DIVERSIDADMECANISMOS DE LA DIVERSIDAD

GENES GERMINALES MÚLTIPLES: V-D-JDIVERSIDAD COMBINATORIAL

combinación VDJ o VJ1 clon= 1 combinación

DIVERSIDAD DE LA UNIÓN: da una secuencia de aminoácidos distinta

MUTACIONES SOMÁTICASMUTACIONES SOMÁTICAS: cambios en la especificidad de binding.

HIPERMUTACION SOMATICAPARTICIPACION

DE DISTINTAS DNA POLIMERSAS QUE SE ENCUENTRAN

EN EL CENTRO GERMINAL

103 POR PAR DE BASES

POR GENERACION

SUSTITUCIONES DE NUCLEOTIDOS

AutoinmunidadAutoinmunidad

LOS LINFOCITOS NORMALMENTE NO

RESPONDEN A ANTIGENOS PROPIOS: AUTOTOLERANCIA

Alteraciones InmunológicasAlteraciones Inmunológicas

La autoinmunidad se debe al fracaso o a la

ruptura de los mecanismos normalmente

responsables de la AUTOTOLERANCIAAUTOTOLERANCIA.

Tolerancia centralTolerancia central

Garantiza el no reconocimiento de Garantiza el no reconocimiento de autoantígenos ubicuosautoantígenos ubicuos

Organos Linfoides PrimariosOrganos Linfoides PrimariosTolerancia PeriféricaTolerancia Periférica

Garantiza el no reconocimiento de Garantiza el no reconocimiento de autoantígenos específicos de autoantígenos específicos de

tejidostejidos

Organos Linfoides Secundarios y Organos Linfoides Secundarios y TejidosTejidos

AUTOTOLERANCIAAUTOTOLERANCIA

Células T• Está probado que cuando un gran número de péptidos antigénicos se unen

al TCR con gran afinidad en la vida temprana, este clon celular va a la muerte por apoptosis.

Células B• Se vuelven anérgicas (no reactivas) con facilidad ante una confrontación

temprana y sostenida con autoantígenos

• los seres humanos disponen de las células B capaces de reacionar contra ciertos péptidos autólogos y no lo hacen por la falta de colaboración de las propias células T.

TOLERANCIA CENTRAL DE TOLERANCIA CENTRAL DE CELULAS TCELULAS T

LAS CÉLULAS PRE T LLEGAN DE MEDULA OSEA AL TIMO, DONDE OCURRE EL PROCESO DE SELECCIÓN

LA SELECCIÓN ES UN PROCESO RIGUROSO QUE RESULTA EN LA MUERTE DEL 90-95% DE LAS CÉLULAS T

LA SELECCIÓN SE BASA EN LA AFINIDAD DEL RECEPTOR T AL COMPLEJO MHC-PEPTIDO, MOSTRADO POR LAS CPA EN TIMO

APOPTOSIS

Garantiza que las células que abandonan el timo hacia los tejido periféricos no reconozcan autoantígenos que están presentes en el timo

T Cell

TCRNegative Selection

T Cell

TCR Positive Selection

Low AffinityLow Affinity

High AffinityHigh Affinity

TOLERANCIA CENTRAL DE CELULAS TOLERANCIA CENTRAL DE CELULAS TT

TOLERANCIA PERIFERICATOLERANCIA PERIFERICA

•ANERGIA: la activación de ANERGIA: la activación de células T requiere señales células T requiere señales coestimulatorias además de coestimulatorias además de las señales derivadas de la las señales derivadas de la unión al antígeno. Ante la unión al antígeno. Ante la ausencia de señales ausencia de señales coestimulatorias se convierte coestimulatorias se convierte en “anergica”en “anergica”

TOLERANCIA PERIFERICA DE CELULAS TOLERANCIA PERIFERICA DE CELULAS TT

ANERGIA: FALTA DE RESPUESTA FUNCIONAL

TOLERANCIA PERIFERICA DE TOLERANCIA PERIFERICA DE CELULAS TCELULAS T

• ANERGIA: INTERACCION DE LA MOLECULA CTL4 CON MOLECULAS COESTIMULATORIAS

APOPTOSISAPOPTOSIS

• DELECION MEDIADA POR ACTIVACION

TOLERANCIA PERIFERICA DE TOLERANCIA PERIFERICA DE CELULAS TCELULAS T

• SUPRESION– CELULAS T

REGULATORIAS

– CITOQUINAS

• SITIOS INMUNES PREVILEGIADOS

TOLERANCIA PERIFERICA DE CELULAS TOLERANCIA PERIFERICA DE CELULAS TT

TOLERANCIA CENTRAL DE LBTOLERANCIA CENTRAL DE LB

MECANISMO MÁS IMPORTANTE PARA ASEGURAR LA AUTOTOLERANCIA

Durante su maduración en la médula ósea los LB inmaduros que reconozcan autoantígenos con gran afinidad son eliminadas o cambian de especificidad

•Los LB pueden reactivar sus genes RAG1 y RAG2 , reordenar una nueva cadena liviana y cambiar la especificidad del BCR: EDICION DEL RECEPTOR

•Los LB pueden ser eliminados por apoptosis: DELECION

•Los LB que reconocen autoantígenos con menor valencia pueden sobrevivir pero se vuelven incapaces de responder al antígeno: ANERGIA

•Los LB pueden regular en menos la expresión del BCR

AUTOINMUNIDADAUTOINMUNIDAD

Se desarrolla cuando un individuo monta una respuesta inmune contra lo propio.

Esta reacción se ve acompañada de la presencia de anticuerpos y LT autorreactivos

Una ENFERMEDAD AUTOINMUNE es una condición en la que existe injuria de órganos o tejidos provocada por los autoanticuerpos o los LT autorreactivos

Es un Síndrome Clínico

Enfermedades AutoinmunesEnfermedades Autoinmunes

• Afecta entre el 3-5% de la población en países occidentales

• El 75% de los pacientes son mujeres.

• Las enfermedades autoinmunes se encuentran entre las entre las 10 causas de muerte10 causas de muerte entre mujeres de todos los grupos etarios hasta los 65 años

• Las terapias desarrolladas recientemente con éxito se dirigen al daño en el órgano y no a la causa subyacente

Factores que interactúan entre sí para el Factores que interactúan entre sí para el desarrollo de las enfermedades autoinmunesdesarrollo de las enfermedades autoinmunes

• Alteraciones inmunológicasAlteraciones inmunológicas• Genes que predisponen a la Genes que predisponen a la

autoinmunidadautoinmunidad• Sexo• Factores ambientalesFactores ambientales

– Infecciones microbianas– Daño tisular,

inflamación, traumatismos, etc

– Químicos, medicamentos

Alteraciones InmunológicasAlteraciones Inmunológicas

• La autoinmunidad se debe al fracaso o a la ruptura de los mecanismos normalmente responsables de la AUTOTOLERANCIA.

– FRACASO DE LA TOLERANCIA CENTRAL• FRACASO EN LA SELECCIÓN CLONAL

– FRACASO DE LA TOLERANCIA PERIFÉRICA

• FRACASO O PÉRDIDA DE LA ANERGIA CLONAL

• FRACASO O PERDIDA DE LA IGNORANCIA CLONAL

• FRACASO O PERDIDA DE LA SUPRESIÓN DE CLONES AUTORREACTIVOS

AUTOINMUNIDAD CAUSADA POR EL FRACASO AUTOINMUNIDAD CAUSADA POR EL FRACASO DE LA TOLERANCIA DE CÉLULAS TDE LA TOLERANCIA DE CÉLULAS T

Mecanismo de tolerancia Delección clonal Anergia clonal Supresión mediada por células T

Causa del fracaso de la tolerancia -Mutaciones del Fas,Fas-l -Expresión aberrante de coestimuladores en las APC tisulares -Mutaciones de CTLA-4 -Defectos de las células T reguladoras

Ejemplos de enfermedades resultantes Modelos murinos. Enfermedad humana Sme linfoproliferativo autoinmune Modelos animales de DMID Ratones con inhibición génica selectiva de CTLA-4: Infiltración linfocítica multiorgánica

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