Title L遺伝子欠損ウイルスを用いた狂犬病ウイルスRNAポリメラーゼL蛋白質の分子機能解析( 本文(Fulltext) ) Author(s) 中川, 賢人 Report No.(Doctoral Degree) 博士(獣医学) 甲第501号 Issue Date 2018-03-13 Type 博士論文 Version ETD URL http://hdl.handle.net/20.500.12099/75224 ※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。
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図 図 I. ミニゲノム転写・複製系の原理の模式図 培養細胞 ミ ミニゲノムRNA N 蛋白質 P 蛋白質 L 蛋白質 レポーター L N P N、P および L 蛋白質 発現プラスミド 導入 導入 転写・翻訳 転写・翻訳 複製 ヌクレオカプシド ウイルスゲノム両末端 非コード領域の遺伝子配列 ミニゲノムプラスミド レポーター 遺伝子
培 培養細胞 L 蛋白質 L L 蛋白質 発現プラスミド L遺伝子欠損ウイルス ヌクレオカプシド 接種 導入 P M G レポーター N ヌクレオカプシドの 放出 レポーター 転写・翻訳 転写・翻訳 複製 図 II. L遺伝子欠損狂犬病ウイルスを用いたL蛋白質機能解析の原理の模式図
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プライマー 方向a 配配列(5 → 3 ) NiL1 F F TTTTGGCAAAGAATTCATGCTAGACCCAGGAGAGGT NiL1 R R CAGCAGGATTGCCTCTCGAAACTCTGAATTCT NiL2 F F GAGGCAATCCTGCTGTCCAAGACCC NiL2 R R AAAAAGATCTGCTAGCTTACAAGCAGCTGTAGTCTAA 表 表1-1. pCNiLの作製に使用したプライマー a F(フォワードプライマー)、R(リバースプライマー)
m mt L-SDD N- 2,127 1 -C G D N N- -C 3x FLAG 728-730 西ヶ原株 L蛋白質 3xFLAG付加 西ヶ原株 L蛋白質 (wt L) S D D N- -C 3x FLAG 728-730 発現プラスミド pCNiL pCNiL-3xFLAG pCNiL-SDD 図1-1. 第一章で用いた各種L蛋白質の一次構造の模式図ならびに発現プラスミド名 白色の枠は、狂犬病ウイルス西ヶ原株のL蛋白質由来のアミノ酸領域を表す。 灰色の枠は、3xFLAGタグのアミノ酸領域を表す。
TCA GAC GAT 塩基配列:
GGA GAC AAC 塩基配列:
西 西ヶ原株 Nishi-ΔL/Nluc 5 N P M G Nluc 3 L G M P N 5 3 図1-2. 西ヶ原株 および Nishi-ΔL/Nlucのゲノム構造の模式図 白色の枠は、狂犬病ウイルス西ヶ原株の蛋白質のコード領域を表す。 灰色の枠は、NanoLucルシフェラーゼのコード領域を表す。
ホタルルシフェラーゼ遺伝子 :ハンマーヘッド型リボザイム配列 :西ヶ原株ゲノム3 リーダー配列 :西ヶ原株ゲノム5 トレーラー配列 :デルタ肝炎ウイルスリボザイム配列 図1-3. ミニゲノムプラスミドpC-NiDI-Lucの模式図
100 µm (A) 10 µm (B) 100 µm (C) 図1-4. L蛋白質発現プラスミドを導入したNA細胞におけるNishi-ΔL/Nlucの増殖 空ベクターまたはpCNiLを導入したNA細胞にNishi-ΔL/NlucをMOI = 0.01の条件で接 種した。接種後2日目の細胞を固定し、狂犬病ウイルスN蛋白質に対するマウスモノク ローナル抗体13-27(48)を用いて同細胞を染色した。 (A、B)pCNiLの導入されたNishi-ΔL/Nluc感染細胞における蛍光免疫染色像。白色の 矢頭は細胞質内封入体様の顆粒を示す。(C)空ベクターの導入されたNishi-ΔL/Nluc 感染細胞における蛍光免疫染色像。
図 図1-5. L蛋白質発現NA細胞における(A)Nishi-ΔL/Nlucの増殖効率ならびに (B)感染細胞内におけるルシフェラーゼ活性の推移 空ベクター、pCNiLまたはpCNiL-3xFLAGを導入したNA細胞にNishi-ΔL/Nlucを MOI = 0.01の条件で接種した。(A)接種後1、3および5日目の細胞の培養上清を 回収し、ウイルス感染価を測定した。(B)培養上清の回収に用られた各感染細胞内 におけるルシフェラーゼ活性を測定した。エラーバーは標準誤差を示す(n=3)。 *:p < 0.05 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1 3 5 Days post-infection Empty vector L L-3xFLAG 1 3 5 7 L蛋白質(3xFLAG なし) L蛋白質(3xFLAG あり) 空ベクター ウ イ ル ス 感 染 価 (Log 10 FFU/ml) 感染後日数 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 1 3 5 Days post-infection Empty vector L L-3xFLAG 0 2 4 6 N a n o L u c ル シ フ ェ ラ ー ゼ 活 性 (Log 10 RLU/sec) L蛋白質(3xFLAG なし) L蛋白質(3xFLAG あり) 空ベクター 感染後日数 (A) (B)
*
図 図1-6. 抗FLAG抗体を用いたウエスタンブロットによるL蛋白質の検出 空ベクター、pCNiLおよびpCNiL-3xFLAGをそれぞれNA細胞に導入した。2 日後の細胞溶解液を、抗FLAG抗体および抗αチューブリン抗体を用いたウエ スタンブロット法により解析した。 245 190 (kDa) 58 46 L αチューブリン 空 ベ ク タ ー L 蛋 白 質 ( 3 x F L A G な し ) L 蛋 白 質 ( 3 x F L A G あ り )
図 図1-7. L蛋白質発現細胞におけるNishi-ΔL/Nlucのウイルス放出期の検討 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1 9 12 24 48 感染後時間 ND 1 2 3 4 ウ イ ル ス 感 染 価 (log 10 FFU/ml) pCNiL-3xFLAGを導入したNA細胞にNishi-ΔL/NlucをMOI = 0.01の条件で 接種した。接種後1時間目から48時間目の細胞の培養上清を回収し、ウイル ス感染価を測定した。エラーバーは標準誤差を示す(n=3)。ND:検出限界 以下(<3.0 FFU/ml)
0 1 2 3 4 5 6 mcs NiL SDD
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ホ タ ル ル シ フ ェ ラ ー ゼ 活 性 (x10 3 RLU/sec) 空 ベ ク タ ー w t L m t L -S D D ns 図1-8. ミニゲノム転写・複製系によるwt Lおよびmt L-SDDの蛋白質機能性の検討 空ベクター、pCNiL-3xFLAGまたはpCNiL-SDDを、ルシフェラーゼ発現ミニ ゲノムプラスミド、N蛋白質発現プラスミドおよびP蛋白質発現プラスミドと 共にNA細胞へ導入した。導入2日後に細胞を回収し、ルシフェラーゼ活性を 測定した。エラーバーは標準誤差を示す(n=3)。 ns : p 㱢 0.05、**:p < 0.01図 図1-9. 空ベクター、pCNiL-3xFLAGおよびpCNiL-SDDを導入したNA細胞に Nishi-ΔL/NlucをMOI=0.01の条件で接種した。(A)接種後9時間目、ま たは(B)48時間目の細胞を溶解し、ルシフェラーゼ活性を測定した。エ ラーバーは標準誤差を示す(n=3)。ns : p 㱢 0.05、**:p < 0.01 Nishi-ΔL/Nlucを用いたwt Lおよびmt L-SDDの蛋白質機能性の検討 0 2 4 6 8 10 12 14 16 MCS NiL SDD
**
**
N a n o L u c ル シ フ ェ ラ ー ゼ 活 性 (x10 2 RLU/sec) 空 ベ ク タ ー w t L m t L -S D D (A) ns 0 5 10 15 20 25 30 MCS NiL SDD**
**
N a n o L u c ル シ フ ェ ラ ー ゼ 活 性 (x10 4 RLU/sec) 空 ベ ク タ ー w t L m t L -S D D (B) ns図 図1-10. pCNiL-3xFLAGならびにpCNiL-SDDを導入したNA細胞における wt L および mt L-SDDの蛋白質発現量の検討 図1-8において、ルシフェラーゼ活性の測定用に回収された感染9時間後の各細胞溶解 液から、抗FLAG抗体および抗αチューブリン抗体を用いたウエスタンブロットにより、 各種L蛋白質およびαチューブリンを検出した。各バンドのシグナル強度より、L蛋白 質の発現量を測定した結果をグラフに示した。エラーバーは標準誤差を示す。 ns : p 㱢 0.05 0 0.5 1 1.5 2 2.5 ns L 蛋 白 質 相 対 発 現 量 (L / αチューブリン) 245 190 (kDa) 58 46 L αチューブリン 空 ベ ク タ ー w t L m t L -S D D
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ǃȽɊ(/̥ÿɇeXJI\.˶(;¿ijA'!1,900-30 ³.̔Ğ, ȸȴ!̢ė 2-2̣ ʉȱ,̥eXJI\ƂǏȩ/̥ȒȐȨ)Ǘ:'̚² !ȩȑDɀ̥.ǰȬDZ;ȾɍA'+ !$'̥ȒȐȨJI \Dh)'̥Ă̔Ğ˷@ÚIJǟɾDʰɣ,ʧNj@),=?̥ ȒȐȨ"(+̥eXJI\ƂǏȩ,;ƽé+ǰȬDZDȾɍ@(˪ ʢ+Ġȳžġű>A@)ɷ>A! ª̥ɐ2 Ɏ(/̥L ˠ¯IJʧNj,=?̥L ʓȰ˂ǟɾ,˪ʢ)ƜĹA@¿ ij̔ĞDĂĹ! >,̥Nishi-ΔL/Nluc Dȝ!ǟɾʧNj,=?̥L ʓȰ˂ 1,929-33 ³. NPYNE ˥Ü/̥.ʓȰ˂ǟɾ,˪ʢ( @)Dƴ>, !
GenBank 登録番号 株名 宿主 分離された 国名 分離された 年 EU643590 HN10 Homo sapiens 中華人民共和国 2006 KC595280 Rus(Lipetsk)8052f_2011 Vulpes vulpes ロシア連邦 2011 EU311738 RRV ON-99-2 Procyon lotor カナダ 1999 KM594036 IP 542/10 Nyctinomops laticaudatus ブラジル連邦共和国 2010 KM594024 IP 1770/12 Callithrix jacchus ブラジル連邦共和国 2012 KT336437 34312 Canis lupus familiaris 南アフリカ共和国 2012 AB519642 BR-DR1 Desmodus rotundus ブラジル連邦共和国 2000 KF155000 RV2516 Bos taurus イラク共和国 2010 JQ685952 A02-2971 Parastrellus hesperus アメリカ合衆国 2002 JQ685947 TN310 Lasiurus cinereus アメリカ合衆国 2004 JQ685942 AZBAT-65094 Eptesicus fuscus アメリカ合衆国 1981 JQ685929 MEXSK3644 Spilogale putorius メキシコ合衆国 2009 JQ685916 FL1010 Lasiurus intermedius アメリカ合衆国 2002
AB128149 Ni-CE (実験室株) 日本 -
AB645847 1088 Marmota monax アメリカ合衆国 不明 表
GenBank 登録番号 ウイルス種名(略号) 遺伝子型 分離された 国名 分離された 年 AB128149 狂犬病ウイルス Ni-CE株 (RABV) 1 日本 (実験室株) EU293108 Lagos bat virus (LBV) 2 セネガル共和国 1985 NC_006429 Mokola virus (MOKV) 3 不明 不明
EU293119 Duvenhage virus (DUVV) 4 南アフリカ共和国 1971 NC_009527 European bat lyssavirus 1 (EBLV1) 5 ドイツ連邦共和国 1968 NC_009528 European bat lyssavirus 2 (EBLV2) 6 イギリス 2002 NC_003243 Australian bat lyssavirus (ABLV) 7 オーストラリア連邦 1996 EF614259 Aravan virus (ARAV) 未分類 キルギス共和国 1991 EF614261 Khujand virus (KHUV) 未分類 タジキスタン共和国 2001 EF614260 Irkut virus (IRKV) 未分類 ロシア連邦 2002 EF614258 West Caucasian bat virus (WCBV) 未分類 ロシア連邦 2002 GU170201 Shimoni bat virus (SHIBV) 未分類 ケニア共和国 2009 表
図 図2-1. 1,914-33位に変異導入された各種L蛋白質の一次構造の模式図 wtLの1,914-33位アミノ酸領域のうち、解析に用いられた全リッサウイ ルス種間で保存されていたアミノ酸残基(図2-3を参照)を青字で示し た。アミノ酸の下部に印した括弧内には、そのアミノ酸をコードする塩 基配列を示した。 3x FLAG 1,914 - 33 N- 2,127 1 -C wt L N Y Q D L V R G F P E E I I S N P Y N E 発現プラスミド pCNiL-3xFLAG mt L1914-17 A - - A - - - pCNiL-mt1914-17 mt L1920-25 - - - - A - - - - A - - - pCNiL-mt1920-25 mt L1929-33 - - - A - - A A pCNiL-mt1929-33
(AAC) (GAT) (AGG) (GAG) (AAT) (AAT)(GAG)
(GCA) (GCT)
(GCA) (GCT)
10 110 210 310 410 510 610 710 810 910 1010 1110 1210 1310 1410 1510 1610 1710 1810 1910 2010 2110 2.0 1.0 0 -1.0 -2.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 (aa) I II III IV V VI dN /d S 比 疎 水 性 ス コ ア 図2-2. 狂犬病ウイルスL蛋白質コード領域全長にわたる dN / dS 比および疎水性スコアのSW解析 計15株の狂犬病ウイルスのL遺伝子アミノ酸コード領域全長の塩基配列を用いて、dN / dS 比、ならびにKyte & Doolittleによる疎水性指標(56)に基づく疎水性スコアのSW 解析を行った。黄色の枠は、CR I VIの領域を示す。青色の枠は、dN/dS 値の低い親水 性領域を示す。赤色の点線は、L遺伝子全域の平均dN/dS 値を示す。青色の点線は、疎 水性領域(疎水性スコア > 0)、親水性領域(疎水性スコア < 0)のカットオフ値を示 す。エラーバーは各平均値の標準偏差を示す。
((A) 疎 水 性 ス コ ア dN /d S 比 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1.5 1.0 0.5 -0.5 -1.0 -1.5 0 1850 1870 1890 1910 1930 1950 疎 水 性 ス コ ア dN /d S 比 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1.5 1.0 0.5 -0.5 -1.0 -1.5 0 (aa) (B) 1850 1870 1890 1910 1930 1950 (aa) 図2-3. L蛋白質の部分的アミノ酸コード領域におけるdN / dS 比および疎水性スコアのSW解析 (A)計15株の狂犬病ウイルス、または(B)計12種のリッサウイルスのL遺伝子アミ ノ酸コード領域の部分的塩基配列を用いて、dN /dS 比、ならびにKyte & Doolittleによ る疎水性指標(56)に基づく疎水性スコアのSW解析を行った。青色の枠は、dN/dS 値 の低い親水性領域を示す。赤色の点線は、L遺伝子全域の平均dN/dS 値を示す。青色の 点線は、疎水性領域(疎水性スコア > 0)、親水性領域(疎水性スコア < 0)のカット オフ値を示す。エラーバーは各平均値の標準偏差を示す。
1890 1900 1910 1920 1930 1940 RABV L R E M S L V L F N C S S P K S E M Q R A R S L N Y Q D L V R G F P E E I I S N P Y N E M I I T L I D DUVV ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ S ・ ・ ・ ・ L ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ EBLV1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ S ・ ・ ・ ・ L ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ IRKV ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ S ・ ・ ・ ・ L ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ EBLV2 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ KHUV ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ARAV ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ABLV ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ L ・ ・ ・ ・ T ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ V ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ MOKV V ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ N ・ ・ ・ ・ ・ L ・ ・ ・ T ・ ・ ・ ・ ・ ・ I ・ ・ ・ ・ P ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ LBV I ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ N T ・ ・ ・ ・ L ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ SHIBV I ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ N ・ ・ ・ ・ ・ L ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ I ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ WCBV V H ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ R T ・ ・ ・ ・ ・ L ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ S ・ ・ I ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ * * * * * * * 1 1914 1933 図2-4. 12種のリッサウイルスL蛋白質の1,890-1,940位アミノ酸配列を用いた多重比較解析 12種のリッサウイルスのL蛋白質アミノ酸配列を用いて、多重比較解析を行った。各種 リッサウイルスL蛋白質アミノ酸配列のうち、狂犬病ウイルスL蛋白質のものと同一のア ミノ酸残基をそれぞれドットで表記した。青色の枠は、Kyte & Doolittleらの疎水性指標 に基づく疎水性スコアが-3.2 -4.5の親水性アミノ酸を示す。赤色の*印は、1,914-33 位の内で、全12種のリッサウイルスの間で保存されていたアミノ酸残基を示す。
RABV:Rabies virus(狂犬病ウイルス)、DUVV:Duvenhage virus、EBLV1: European bat lyssavirus 1、IRKV:Irkut virus、EBLV2:European bat lyssavirus 2、KHUV:Khujand virus、ARAV:Aravan virus、ABLV:Australian bat lyssavirus、MOKV:Mokola virus、LBV:Lagos bat virus、SHIBV:Shimoni bat virus、WCBV:West Caucasian bat virus
0 2 4 6 8 10 12 14 16 N a n o L u c ル シ フ ェ ラ ー ゼ 活 性 (x10 2 RLU/sec) (A) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 N a n o L u c ル シ フ ェ ラ ー ゼ 活 性 (x10 4 RLU/sec) (B) 空 ベ ク タ ー m t L 1 9 1 4 -1 7 m t L 1 9 2 0 -2 5 m t L 1 9 2 9 -3 3 w t L w t L m t L 1 9 1 4 -1 7 m t L 1 9 2 0 -2 5 m t L 1 9 2 9 -3 3 空 ベ ク タ ー
*
*
ns ns**
**
ns ns 空ベクター、pCNiL-3xFLAG、pCNiL-mt1914-17、pCNiL-mt1920-25 およびpCNiL-mt1929-33を導入したNA細胞にNishi-ΔL/Nlucを MOI=0.01の条件で接種した。(A)接種後9時間目、または(B)48時間 目の細胞を溶解し、ルシフェラーゼ活性を測定した。エラーバーは標準誤 差を示す(n=3)。ns : p 㱢 0.05、*:p < 0.05、**:p < 0.01 図2-5. Nishi-ΔL/Nlucを用いた各種変異型L蛋白質の機能性の検討相相 対 発 現 量 (L / αチューブリン) L 245 190 空 ベ ク タ ー w t L m t L 1 9 1 4 -1 7 m t L 1 9 2 0 -2 5 m t L 1 9 2 9 -3 3 αチューブリン (kDa) 58 46 0 0.5 1 1.5 2 2.5 ns ns ns 2 5 1 3 4 レーンNo. 図2-6. Nishi-ΔL/Nluc感染細胞における各種変異型L蛋白質の蛋白質発現量の検討 図2-5において、ルシフェラーゼ活性の測定用に回収された感染9時間後の細胞溶解液 から、抗FLAG抗体および抗αチューブリン抗体を用いたウエスタンブロットにより、 各種L蛋白質およびαチューブリンを検出した。各バンドのシグナル強度より、L蛋白 質の発現量を測定した結果をグラフに示した。なお、左右のブロット像は、同一のゲル での電気泳動の結果から得られたものである。エラーバーは標準誤差を示す。(n=3) ns : p 㱢 0.05
図 図2-7. ミニゲノム転写・複製系を用いた各種変異型L蛋白質の機能性の検討 1 2 3 4 5 6 0 空 ベ ク タ ー w t L m tL 1 9 1 4 -1 7 m tL 1 9 2 0 -2 5 m tL 1 9 2 9 -3 3 ns
*
*
ホ タ ル ル シ フ ェ ラ ー ゼ 活 性 (x10 3 RLU/sec) 空ベクター、pCNiL-3xFLAG、pCNiL-mt1914-17、pCNiL-mt1920-25ま たはpCNiL-mt1929-33を、ルシフェラーゼ発現ミニゲノムプラスミド、N蛋 白質発現プラスミドおよびP蛋白質発現プラスミドと共にNA細胞へ導入した。 導入2日後に細胞を回収し、ルシフェラーゼ活性を測定した。エラーバーは標 準誤差を示す(n=3)。ns : p 㱢 0.05、*:p < 0.05ɐ
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LʓȰ˂1,929-33³.Go˨˥Ü̢NPYNẸ
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µg 7!/ 1.0 µg . pCAGGS/MCS̥pCNiL-3xFLAG =2 pCNiL-mt1929-33
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