一种干扰乙型肝炎病毒基因的siRNA分子及其应用的制作方法

文档序号:586699阅读:402来源:国知局
专利名称:一种干扰乙型肝炎病毒基因的siRNA分子及其应用的制作方法
技术领域
本发明涉及一种干扰乙型肝炎病毒基因的SiRNA分子及其应用。
技术背景
肝炎,即肝脏炎症,有多种致病因素-如病毒、细菌、寄生虫、化学毒物、药 物和毒物、酒精等,侵害肝脏,使得肝脏的细胞受到破坏,肝脏的功能受到损害,它可 以引起身体的一系列不适症状,以及肝功能指标的异常。肝炎多数情况下指是由甲型、 乙型、丙型、丁型、戊型等肝炎病毒引起的病毒性肝炎。
乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus,HBV)感染导致的乙型肝炎,是一种严重威胁全球人类健康的的传染性疾病,也是最严重类型的病毒性肝炎,它可造成慢性肝病,患 者死于肝硬化和肝癌的风险极高。
HBV属嗜肝DNA病毒科(Hepadnaviridae),全基因组长约3.2kb,为部分双链环 状DNA。其基因组共有四个开放阅读框(Open Reading Frame,ORF),编码蛋白包括表面抗原6基因),核心抗原(C基因),聚合酶蛋白(P基因)和X蛋白(C基因)。
据世界卫生组织报道,全世界估计有20亿人感染HBV,其中有3.5亿以上的人 为慢性乙肝感染者,估计每年有60万人死于急性或慢性乙型肝炎。HBV可造成急性病 患,症状可持续数周,包括皮肤和眼睛发黄(黄疸),尿色深,极度疲劳,恶心,呕吐和 腹痛。患者可能需要数月乃至一年才能痊愈。乙型肝炎病毒也会造成慢性肝脏感染,以 后可能发展成肝硬化或肝癌。
乙型肝炎病毒通过与受感染者的血液或其他体液(比如,精液和阴道分泌物)接 触而在人与人之间传播,传播途径与人类免疫缺陷病毒(艾滋病毒)相同。乙型肝炎病 毒的传染性比艾滋病毒强50-100倍,乙型肝炎病毒在体外可存活至少7天以上。在此期 间,如果病毒进入未感染者的身体,它依然可造成感染。病毒潜伏期平均达90天,但也 可能为大约30至180天不等。乙型肝炎病毒在感染后30至60天即可发现,持续时间差 别很大。
目前主要是通过婴儿接种乙型肝炎疫苗来预防乙型肝炎的发生,但尽管如此, 人群HBV流行率仍然很高。目前主要治疗慢性乙型肝炎的方法仅局限于抑制患者体内病 毒基因的表达和复制。如口服核苷类抗病毒药-拉米夫定,主要功能是抑制HBV的复 制,但是停药后复发率高,长期应用则可导致病毒变异,在用药6个月后发生由病毒聚 合酶基因发生变异引起的耐药性,使得临床抗病毒治疗面临极大的挑战。
近几年来,随着RNA干扰(RNAi)技术的迅猛发展,为疾病尤其是癌症开辟 了全新的治疗途径,为科研工作者提供了一个全新的基因治疗方法。该技术通过用小 干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)干扰特定靶基因的表达,来达到治疗疾病的 目的,是基因治疗的重要组成部分。RNA干扰(RNA interference,RNAi)是由双链 RNA (double-stranded RNA, dsRNA)引发的转录后基因沉默机制。其作用机制是 核糖核酸酶III家族的Dicer酶,与dsRNA结合,将其剪切成21_23nt及3’端突出的siRNA,随后 siRNA 与 RNA 诱导沉默复合物(RNA-induced silencing complex, RISC)结合,解旋成单链,活化的RISC受已成单链的siRNA引导,序列特异性地结合到靶信使 RNA(mRNA)上并将其切断,引发靶mRNA的特异性分解,从而阻断相应基因表达。 RNAi已作为一种简单有效的基因敲除的技术,广泛地应用于功能基因组学研究以及抗病 毒、抗肿瘤治疗的研究中。
本发明提供了一种用RNAi技术来抗HBV的方法。应用RNA干扰技术,用靶 向至HBV基因的siRNA作为靶向药物,在基因的转录后进行干扰,从而有效抑制HBV的 蛋白表达和病毒复制,具有特异性强、高效、副作用小、可持续用药的优势,且能弥补 目前治疗乙型肝炎药物的不足,在不久的将来可能成为一种新的治疗乙型肝炎的方法。发明内容
本发明的目的在于提供一种通过SiRNA全位点分子库技术筛选出的高效靶向 HBV基因的双链siRNA分子,其下述正义链和反义链组成
正义链5,-GCCAAGUCUGUACAGCAUCUUGNN-3‘(SEQ ID NO 3)
反义链5,-CAAGAUGCUGUACAGACUUGGCNN-3‘ (SEQ ID NO 4)
其中,N是A、T、C、G或U碱基的任何一种。
换言之,该双链siRNA分子的主干序列为
正义链5,-GCCAAGUCUGUACAGCAUCUUG-3,(SEQID NO 5)
反义链5,-CAAGAUGCUGUACAGACUUGGC-3‘(SEQ ID NO 6)
在一个优选的实施方式中,上述序列中3’端的“NN”是两个脱氧胸腺嘧啶 dTdL
本发明的另一目的在于提供上述siRNA分子在制备抗HBV药物中的应用。
体外实验证明,本发明的SiRNA分子的反义链可特异性地与HBV聚合酶基因的 mRNA结合,降解mRNA,从而干扰转录后翻译过程,抑制HBV蛋白质翻译和病毒复 制,达到抗HBV的治疗目的。


图1是抽提的HBV基因组琼脂糖凝胶电泳检测图。M为Ikb plus DNA Ladder (标准参照)。
图2AHBV聚合酶片段1琼脂糖凝胶电泳检测图,制备得到的DNA片段大小为 1625bp。图2B是HBV聚合酶片段2琼脂糖凝胶电泳检测图,制备得到的DNA片段大 小为 874bp。M 为 Ikb plus DNA Ladder (标准参照)。
图3是siRNA分子库构建流程示意图。
图4是U6_siRNA转录模板-HI表达框结构示意图。
图5是PCR制备的U6-siRNA转录模板_H1表达框纯化后琼脂糖凝胶电泳检 测图。图中,M 为 Ikb plus DNA Ladder(标准参照);1 为 HBV-22 ; 2 为 HBV-676 ; 3 为 HBV-877 ; 4 为 HBV-638 ; 5 为 HBV-1003 ; 6 为 HBV-748 ; 7 为 HBV-182 ; 8 为 HBV-261 ; 9为阴性对照。
图6是表达框转染细胞后实时定量PCR检测HBV聚合酶基因mRNA表达量柱形4图,纵坐标表示HBV聚合酶基因mRNA表达水平;横坐标表示处理实验组,“Negative Control"为阴性对照组。
图7是化学合成的SiRNA转染细胞后实时定量PCR检测HBV聚合酶基因mRNA 表达量柱形图,纵坐标表示HBV聚合酶基因mRNA表达水平;横坐标表示处理实验组,“NegativeControl,,为阴性对照组。
具体实施方式
本发明中诸如“siRNA”、“siRNA序列”或“siRNA分子”等术语可以互换,其表示的意思和范围相同。
其中,siRNA序列可以是单链结构,也可以是双链结构。
本发明的siRNA分子来源于针对HBV聚合酶基因的功能保守区而制备的siRNA 分子库,本发明所用siRNA全位点分子库技术是百奥迈科生物技术有限公司的专利技术 (中国发明专利号为ZL 200710024217.6,专利名称PCR高通量构建siRNA全位点分 子库制备方法),其优点在于所制备得到的siRNA随机分布于HBV聚合酶基因区段,长 度可控性分布于18-25bp,可以提高有效靶位点的命中率。
siRNA的制备可采用多种方法,比如化学合成法、体外转录、酶切长链 dsRNA、载体表达siRNA、PCR合成siRNA表达元件等,这些方法的出现为研究者提供 了可选择的空间,可以更好地获得基因沉默效率。
本发明的siRNA分子可以作为抗HBV药物的有效成分。
作为该siRNA分子的另一种表达形式,可将其制备成DNA表达框形式,比如 U6启动子-siRNA转录模板-Hl启动子。
简言之,在下文中将“U6启动子-siRNA转录模板-Hl启动子”简写为 “U6-siRNA转录模板-HI”或“U6-siRNA-Hl”,它们表示的意思和范围相同。
出于应用目的,可将siRNA分子、表达siRNA分子的DNA表达框、或者包含siRNA分子表达框的质粒作为药物直接给药于受药者身上特定部位,比如病灶组织。
本发明的药物的剂型可以为多种形式,只要适合于相应疾病的给药、并且恰当 地保持siRNA分子的活性。比如,对于注射用给药系统,剂型可以是冻干粉。
任选地,上述药物剂型中可以包含任何药学可接受的辅助剂,只要其适合于相 应的给药体系、并且恰当地保持SiRNA分子的活性。
为了实现本发明的设计思想并验证筛选得到的SiRNA的抗HBV效果,设计了如下实验方案
(1)构建HBV聚合酶基因的SiRNA分子库,该分子库中包含靶向至HBV聚合酶 基因的siRNA效应分子,长度分布于18-25bp。
(2)制备具有相应效应的SiRNA表达框,其结构为U6启动子-siRNA转录模 板-Hl启动子,使其更易于体外筛选。
(3)运用实时定量PCR技术,检测上述SiRNA表达框在细胞中转录出的效应 siRNA分子对HBV聚合酶基因的抑制作用。
(4)化学合成上述方法筛选得到的最优靶点siRNA,在体外细胞实验中进一步运 用实时定量PCR技术检测HBV聚合酶基因的mRNA表达水平。离心机(Eppendorf公
下述实施例仅用于阐明本发明,并非是对本发明进行限制
实施例1
SiRNA全位点分子库的制备
1.主要仪器、试剂和材料
1.1仪器PCR仪(ABI公司);电转仪(Bio-Rad公司);司),长波长紫外灯等。
1.2材料和试剂HepG22.2.15细胞(百奥迈科公司保存);Ikb plus DNA Ladder (invitrogen 公司);DNase I (Roche 公司);MnCl2 (BBI 公司);磷酸接头 (Sigma-aldrich 公司);ATP (BBI 公司);BSA (NEB 公司);BmsbI (NEB 公司) T4DNA连接酶(NEB公司);Tag DNA聚合酶(百奥迈科公司);琼脂糖(BBI公司) dNTP (上海生工);酚氯仿抽提试剂(上海生工);低分子量DNA Ladder (NEB公司) EcoP 151 (NEB 公司);T4DNA 聚合酶(NEB 公司);R)kl 酶(NEB 公司);SfiI 酶(NEB 公司);感受态细胞(invitrogen公司);pU6Hl_GFP表达载体(NT Oimcs公司)。凝胶 抽提试剂盒QIAEX II Gel ExtrationKit (QIAGEN公司);质粒抽提试剂盒(百奥迈科公 司)。其他生化试剂均购于Sigma-aldrich公司。
2.siRNA全位点分子库的构建
2.1HBV聚合酶基因的获得从细胞HepG22.2.15的基因组DNA(如图1所示) 中PCR扩增HBV聚合酶片段。HepG22.2.15细胞含2个拷贝的HBV基因组,能稳定分 泌HBsAg、HBeAg> HBcAg及Dane颗粒,并可检测到细胞内HBV的DNA和RNA等 中间复制体 Bells etal.Proc Natl Acad Sci,1987 ; 84: 1005-1009),其含有 HBV 的血清 亚型为ayw(GenBankAccession number U95551),根据GenBank报道的核酸序列设计 PCR扩增引物,分成两个片段为HBV聚合酶片段1和HBV聚合酶片段2,长度分别为 1625bp (如图2A所示)和874bp (如图2B所示)。引物序列如下


HBV聚合酶片段1上游引物 HBV聚合酶片段1下游引物 HBV聚合酶片段2上游引物 HBV聚合酶片段2下游引物 1)HBV聚合酶片段1序列5'-AATTCCACAACCTTTCACCAA-3 ‘5'-TCACGGTGGTCTCCATGCGA-3 ‘ 5,-ATGCCCCTATCCTATCAACAC-3 ‘5'-CCACTGCATGGCCTGAGGAT-3 ‘1aattccacaacctttcaccaaactctgcaagatcccagagtgagaggcctgtatttccct61gctggtggctccagttcaggagcagtaaaccctgttccgactactgcctctcccttatcg121tcaatcttctcgaggattggggaccctgcgctgaacatggagaacatcacatcaggattc181ctaggaccccttctcgtgttacaggcggggtttttcttgttgacaagaatcctcacaata241ccgcagagtctagactcgtggtggacttctctcaattttctagggggaactaccgtgtgt301cttggccaaaattcgcagtccccaacctccaatcactcaccaacctcctgtcctccaact361tgtcctggttatcgctggatgtgtctgcggcgttttatcatcttcctcttcatcctgctg421ctatgcctcatcttcttgttggttcttctggactatcaaggtatgttgcccgtttgtcct481ctaattccaggatcctcaaccaccagcacgggaccatgccgaacctgcatgactactgct541caaggaacctctatgtatccctcctgttgctgtaccaaaccttcggacggaaattgcacc601tgtattcccatcccatcatcctgggctttcggaaaattcctatgggagtgggcctcagcc
661cgtttctcctggctcagtttactagtgccatttgttcagtggttcgtagg gctttccccc
721actgtttggctttcagttatatggatgatgtggtattgggRRccaaRtctRtacaRcatc
781ttgagtccctttttaccgctgttaccaattttcttttgtctttgggtatacatttaaacc
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1021ctgccccatttacacaatgtggttatcctgcgttaatgcccttgtatgcatgtattcaat
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1141acctttacccCgttgCCCggcaacggccaggtctgtgccaagtgtttgctgacgcaaccc
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1261tgccgatccatactgcggaactcctagccgcttgttttgctcgcagcaggtctggagcaa
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1441cgctgaatcctgcggacgacccttctcggggtcgcttgggactctctcgtccccttctcc
1501gtctgccgttccgaccgaccacggggcgcacctctctttacgcggactccccgtctgtgc
1561cttctcatctgccggaccgtgtgcacttcgcttcacctctgcacgtcgcatggagaccac
1621cgtga (SEQ ID NO 1)
2) HBV聚合酶片段2序列
2281atgcccctatcctatcaacacttccggaaact
2341actgttgttagacgacgaggcaggtcccctagaagaagaactccctcgcctcgcagacga
2401aggtctcaatCgCCgCgtCgcagaagatctcaatctcgggaacctcaatgttagtattcc
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3001cattcgggctgggtttcaccccaccgcacggaggccttttggggtggagccctcaggctc
3061agggcatactacaaactttgccagcaaatccgcctcctgcctccaccaatcgccagacag
3121gaaggcagcctaccccgctgtctccacctttgagaaacactcatcctcaggccatgcagt
3181gg(SEQ ID NO 2)
2.2siRNA分子库构建用百奥迈科生物技术有限公司的专利技术构建SiRNA分子库(专利号为ZL 200710024217.6,专利名称PCR高通量构建siRNA全位点分子库制备方法),构建流程如图3所示。
成功构建HBV聚合酶基因的SiRNA分子库,随机挑取克隆进行测序,其序列长 度可控性分布在18-25bp之间,显示出位点及长度的多样性。7
实施例2
SiRNA表达框的制备与靶位点筛选
1.主要仪器、试剂和材料
1.1仪器PCR仪(ABI公司);实时定量PCR仪(Bi0-Rad公司);凝胶电泳设 备(北京六一);长波长紫外灯;细胞培养箱ahermo公司)等。
1.2 材料和试剂Ikb plus DNA Ladder (invitrogen 公司);Pfo DNA 聚合酶(百 奥迈科公司);琼脂糖(BBI公司);dNTP(上海生工);琼脂糖凝胶纯化试剂盒(百 奥迈科公司),Lipofectamin 2000 (invitrogen 公司),DMEM 培养基(Gibco 公司), TurboCapturemRNA kit (QIAGEN 公司),SensiMix One-Step Kit (Quantace 公司)等。 其他生化试剂均购于上海生工。
1.3PCR引物(百奥迈科合成)
5,U6 启动子弓丨物5,-AAGGTCGGGCAGGAAGAGGGC-3‘
3,Hl 启动子弓丨物5,-TATTTGCATGTCGCTATGTGTTCT-3,
HBV 聚合酶正向引物5,-TGTGGTTATCCTGCGTTAATG-3,
HBV 聚合酶反向引物5’ -GCGTCAGCAAACACTTGG-3‘
GAPDH 正向引物5,-GAAGGTGAAGGTCGGAGTC-3,
GAPDH 反向引物5,-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3,
2.siRNA表达框的制备
2.1PCR扩增制备U6-siRNA转录模板-Hl表达框选取8例HBV聚合酶siRNA阳性克隆质粒为模板,用高保真酶Pfu DNA聚合酶通过PCR的方法扩增制备U6-siRNA 转录模板-Hl表达框(图3为表达框示意图)。
各PCR 反应体系为 50μ1 反应体系0.5μ1 模板 DNA(10-50ng),1μ15,U6 启动子引物(10 μ Μ),1μ13,Hl 启动子引物(10 μ Μ),1 μ 1 dNTP(IOmM),0.5 μ 1 Pfo DNA聚合酶,用ddH20补足到50 μ 1。反应条件为95°C Imin预变性,95°C 15sec变 性,58°C30seC退火,72°C30seC延伸,20个循环。1.0%琼脂凝胶电泳检测,PCR产物条带单一,片段大小符合实验要求。
2.2表达框PCR产物纯化1.0%琼脂糖凝胶电泳分离PCR扩增得到的表达框, 并用琼脂糖凝胶纯化试剂盒纯化凝胶产物。纯化后的DNA再次进行1.0%琼脂糖凝胶电 泳检测,纯化后的U6-siRNA转录模板-Hl表达框纯度和浓度符合要求,如图4所示。 同时用紫外分光光度计测得制备后的表达框浓度约为200ng/y 1。
3.靶位点筛选
3.1细胞培养肝癌细胞HepG22.2.15在含10%FBS的DMEM培养基中,37°C、5% CO2培养箱培养。
3.2细胞铺板并转染将细胞按IX IO5/孔接种到96孔细胞培养板中,在无抗含 10% FBS的DMEM培养基中,37°C、5% CO2培养箱培养过夜。
转染按照Lipofectamin 2000的说明书转染,U6_siRNA转录模板-Hl表达框 DNA量按0.2 μ g/孔加入。
3.3实时定量PCR检测HBV聚合酶基因mRNA水平用mRNA提取纯化试剂盒 TurboCapture mRNA kit提取纯化细胞RNA,操作按试剂盒说明书进行,用80 μ 1无RNase水/孔溶解RNA,取4 μ 1 RNA为模板进行实时定量PCR反应。
用基因特异性引物检测样本中HBV聚合酶基因mRNA表达水平,同时扩增看家 基因GAPDH作为内参对照。每个反应做3个平行实验。建立如下25 μ 1的反应体系 4μ1 模板 RNA,12.5 μ 1 2Χ SensiMix One-Step,1μ15,正向引物(6μΜ),1μ13,反 向引物(6 μ Μ),0.5 μ 1 50XSYBR Green I,用无RNase水补足体系至25 μ 1。 反应条 件42°C反转录 30η ι,95°C预变性 7min,95°C变性 20sec,60°C退火 30sec,72°C延伸 30sec,循环45次。
3.4结果分析用实时定量PCR 2_ΔΔΛ法分析实验结果,并作出柱状图,如图5 所示,结果显示对应于HBV聚合酶基因多个位点的SiRNA均呈现较好的沉默效果,尤其 是HBV-1003,相对于未转染组其沉默效果达到59%。
尤其需要说明的是,HBV-1003正义链序列与HBV聚合酶基因的第762-783位 (下划线部分 gccaagtctgtacagcatcttg)相对应。
实施例3
化学合成SiRNA验证沉默效果
1.主要仪器、试剂和材料
1.1仪器核酸合成仪(GE公司)、PCR仪(ABI公司);实时定量PCR仪 (Bio-Rad公司);细胞培养箱CThermo公司)等。
1.2 材料和试剂Lipofectamin 2000 (invitrogen 公司),DMEM 培养基(Gibco 公 司),TurboCapture mRNA kit (QIAGEN 公司),SensiMix One-Step Kit (Quantace 公司)等。其他生化试剂均购于上海生工。
1.3PCR引物(百奥迈科合成)
HBV 聚合酶正向引物5,-TGTGGTTATCCTGCGTTAATG-3‘
HBV 聚合酶反向引物5’ -GCGTCAGCAAACACTTGG-3‘
GAPDH 正向引物5,-GAAGGTGAAGGTCGGAGTC—3,
GAPDH 反向引物5,-GAAGATGGTGATGGGATTTC-3,
2.化学合成制备SiRNA
利用百奥迈科生物技术有限公司拥有的核酸合成仪(美国GE公司)分别合成 siRNAl的正义链(sense strand)和反义链(antisense strand)的RNA。并进行纯化,将正 义链和对应的反义链退火成siRNA双链(duplex),分装IOD/管,最后冷冻干燥,转染前 用无RNase水溶解至20 μ M。
3.沉默效率验证
3.1细胞培养肝癌细胞HepG22.2.15在含10%FBS的DMEM培养基中,37°C、5% CO2培养箱培养。
3.2细胞铺板并转染将细胞按IX IO5/孔接种到96孔细胞培养板中,在无抗含 10% FBS的DMEM培养基中,37°C、5% CO2培养箱培养过夜。
转染按照Lipofectamin 2000的说明书转染,RNA按IOnM/孔加入。
3.3实时定量PCR检测HBV聚合酶基因mRNA水平用mRNA提取纯化试剂盒 TurboCapture mRNA kit提取纯化细胞RNA,操作按试剂盒说明书进行,用80 μ 1无RNase 水/孔溶解RNA,取4 μ 1 RNA为模板进行实时定量PCR反应。
用基因特异性引物检测样本中HBV聚合酶mRNA表达水平,同时扩增看家基 因GAPDH作为内参对照。每个反应做3个平行。建立如下25μ1反应体系4μ1模 板 RNA,12.5 μ 12 X SensiMix One-Step,1μ15,正向引物(6μΜ),1μ13,反向引物 (6 μ Μ), 0.5 μ 150 X SYBR GreenI,用无 RNase 水补足体系至 25 μ 1。反应条件42°C反 转录 30η ι,95°C预变性 7min,95°C变性 20sec,60°C退火 30sec,72°C延伸 30sec,循环 45次。
3.4结果分析用实时定量PCR 2_ΔΔΛ法分析实验结果,并作出柱状图,如图6 所示,结果显示靶向至HBV聚合酶基因的HBV-1003的沉默效果达到79%。
权利要求
1.一种干扰乙型肝炎病毒基因的SiRNA分子,其特征在于,具有如下序列结构 正义链5,-GCCAAGUCUGUACAGCAUCUUGNN-3‘ SEQ ID NO 3, 反义链5,-CAAGAUGCUGUACAGACUUGGCNN-3‘ SEQ ID NO 4, 其中,N是A、T、C、G或U碱基的任何一种。
2.如权利要求1所述的干扰乙型肝炎病毒基因的SiRNA分子,其特征在于,所述N 为T。1
3.权利要求1 2中任一项所述的SiRNA分子在制备抗病毒药物中的应用。
4.如权利要求3所述应用,其特征在于,所述的病毒为乙型肝炎病毒。
全文摘要
本发明涉及一种干扰乙型肝炎病毒基因的siRNA分子及其应用。该siRNA分子正义链为SEQ ID NO3,反义链为SEQ ID NO4,其中,反义链可特异性地与HBV聚合酶基因的mRNA结合,降解mRNA,从而干扰转录后翻译过程,达到抗乙型肝炎病毒的目的。
文档编号C12N15/113GK102021170SQ20101052197
公开日2011年4月20日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者M·格拉汉姆, 付博峻, 唐小军, 孙云成, 朱远源, 李铁军, 王晋康, 陆毅祥 申请人:百奥迈科生物技术有限公司
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