Schema des PI3K/Akt-Signalwegs erstellen
Beschreiben Sie das Schema, das Sie brauchen, und erhalten Sie den PI3K/Akt-Signalweg von oben nach unten: Rezeptor, PI3K, PIP3 und PTEN, Akt (Akt/PKB) phosphoryliert an Thr308 und Ser473 und seine Ziele von mTORC1 bis BAD, mit Aktivierungspfeilen und Hemmstrichen.
Schema-Beispiele zum PI3K/Akt-Signalweg
Echte Renderings der Prompts: die ganze PI3K/Akt-Kaskade bis mTORC1, BAD, FOXO und MDM2, ein Vorlesungsüberblick, Krebsmutationen samt Inhibitoren und eine leere Version. Ein Klick lädt den Prompt zum Bearbeiten.
Akt wird aktiv, um seine Ziele abzuschalten
Von oben; Hemmstrich heißt, Akt schaltet ab.
- 1
Rezeptor → PI3K
Der aktive Rezeptor bindet p85; p110 ist die katalytische Hälfte.
- 2
PIP2 ⇄ PIP3
PI3K bildet PIP3 an der Membran, PTEN macht wieder PIP2 daraus.
- 3
PDK1 + mTORC2 → Akt
Sie phosphorylieren Akt an Thr308 und Ser473, erst dann voll aktiv.
- 4
Die fünf Ziele von Akt
TSC1/TSC2, GSK3β, BAD und FOXO gehemmt; MDM2 aktiviert, gegen p53.
Mutationen schalten ein, Wirkstoffe bremsen
Rote Sterne: Mutationen. Grüne Kästen: Wirkstoffe.
- 1
PI3K (p110α)
Eine PIK3CA-Mutation hält p110α an; Alpelisib hemmt PI3K.
- 2
PTEN, durchgestrichen
Ohne PTEN wird PIP3 nicht mehr abgebaut.
- 3
Akt und mTORC1
AKT1 E17K aktiviert Akt; Capivasertib hemmt Akt, mTOR-Hemmer mTORC1.
Was ist der PI3K/Akt-Signalweg?
Der PI3K/Akt-Signalweg ist das Modul, in dem ein aktivierter Rezeptor PI3K der Klasse I rekrutiert, PI3K an der Membran PIP2 in PIP3 umwandelt und PIP3 Akt zu PDK1 und mTORC2 bringt, die es phosphorylieren – danach schaltet Akt mTORC1 an und TSC2, GSK3β, FOXO und BAD ab. Seine Ausgänge sind Zellwachstum, Überleben und Stoffwechsel; die Phosphatase PTEN schaltet ihn ab.
Auf einen Blick
- PI3K der Klasse I besteht aus zwei Teilen. Die regulatorische Untereinheit p85 hält die katalytische Untereinheit p110 inaktiv, bis ihre SH2-Domänen Phosphotyrosine eines aktivierten Rezeptors oder Adapters binden; Rezeptortyrosinkinasen aktivieren die Isoformen der Klasse IA, G-Protein-gekoppelte Rezeptoren die der Klasse IB.
- PIP3 ist das Signal, PTEN löscht es. PI3K hängt ein Phosphat an Position 3 des Inositolrings von PIP2; PTEN nimmt es wieder ab – fehlt PTEN, bleiben PIP3 und damit Akt eingeschaltet.
- Akt braucht zwei Phosphate, um voll aktiv zu sein. PDK1 phosphoryliert Thr308, mTORC2 Ser473 (Nummerierung von AKT1). Reactome setzt Ser473 an den Anfang, als den Schritt, der PDK1 den Zugang zu Thr308 öffnet; ältere Lehrbücher wie die Ausgabe von 2002 der Molecular Biology of the Cell von Alberts zeigen nur PDK1.
- Akt wirkt meist, indem es seine Ziele abschaltet. Die Phosphorylierung hemmt TSC2, sodass Rheb mTORC1 aktivieren kann, sowie GSK3β, die FOXO-Transkriptionsfaktoren (aus dem Zellkern exportiert) und das proapoptotische Protein BAD (von 14-3-3 festgehalten); MDM2 ist die Ausnahme – es wird in den Zellkern geschickt und baut dort p53 ab.
- In Tumoren ist er häufig dauerhaft eingeschaltet. Aktivierende Mutationen in PIK3CA (p110α) und PIK3R1 (p85α), die seltene Mutation AKT1 E17K und inaktivierende Mutationen in PTEN halten den Signalweg ohne Wachstumsfaktor aktiv.
Wie funktioniert der Generator für Schemata des PI3K/Akt-Signalwegs?
Schema beschreiben
Sagen Sie, wofür es gedacht ist und wie tief es gehen soll: vollständiges Modul mit allen fünf Akt-Zielen, Überblick mit acht Beschriftungen oder die Krebsvariante mit Wirkstoffzielen. Ein Satz genügt.
Stil wählen
Standard ist eine klare, flache Lehrbuch-Tafel – weißer Hintergrund, Beschriftungen an geraden Bezugslinien. Oder wählen Sie Aquarell, Tuschelinie, 3D und andere Stile.
Verfeinern und exportieren
Das Ergebnis öffnet sich in Ihrem Workspace: Bereiche neu zeichnen, Beschriftungen direkt auf der Leinwand bearbeiten, hochskalieren und in hoher Auflösung exportieren.
Die Komponenten des PI3K/Akt-Signalwegs und ihre Aufgaben
Die Knoten, die ein beschriftetes Schema des PI3K/Akt-Signalwegs normalerweise zeigt, in ihrer Reihenfolge, mit ihrer Aufgabe und dem, worauf sie als Nächstes wirken. Das ist der Standardumfang, solange Sie keinen kürzeren verlangen.
| Knoten | Aufgabe | Wirkt als Nächstes auf |
|---|---|---|
| Rezeptortyrosinkinase oder GPCR | Bindet einen Wachstumsfaktor oder anderen Liganden und wird aktiv | Rekrutiert PI3K: eine RTK über Phosphotyrosine, ein GPCR über Gβγ |
| PI3K der Klasse I (p85/p110) | Lipidkinase; p85 bindet den Rezeptor, p110 phosphoryliert PIP2 | Bildet PIP3 |
| PIP3 | Lipidbotenstoff in der inneren Schicht der Plasmamembran | Rekrutiert PDK1 und Akt über ihre PH-Domänen |
| PTEN | Lipidphosphatase und Tumorsuppressor | Wandelt PIP3 zurück in PIP2 und schaltet Akt ab |
| PDK1 und mTORC2 | Phosphorylieren Akt an Thr308 (PDK1) und Ser473 (mTORC2) | Voll aktives Akt |
| Akt (AKT1, AKT2, AKT3) | Serin/Threonin-Kinase, die die Membran verlässt und ihre Ziele phosphoryliert | TSC2, GSK3β, FOXO, BAD, MDM2 |
| TSC1/TSC2 | GAP-Komplex, der Rheb in der inaktiven GDP-Form hält; von Akt gehemmt | Rheb |
| Rheb → mTORC1 | GTP-gebundenes Rheb aktiviert mTORC1 | S6K1 und 4E-BP1 → Proteinsynthese und Zellwachstum |
| GSK3β | Von Akt gehemmte Kinase | Glykogensynthase und weitere Stoffwechselziele |
| FOXO | Transkriptionsfaktoren, die nach der Phosphorylierung durch Akt aus dem Zellkern exportiert werden | Gene für Apoptose, Zellzyklusarrest und Glucosestoffwechsel werden leiser |
| BAD | Proapoptotisches Protein; nach Phosphorylierung durch Akt von 14-3-3 festgehalten | Apoptose blockiert, Zelle überlebt |
| MDM2 | E3-Ubiquitin-Ligase; durch Akt-Phosphorylierung in den Zellkern geschickt | p53 wird abgebaut |
Zeichnen Sie die Ziele von Akt als Hemmstriche, nicht als Pfeile – außer MDM2. TSC2, GSK3β, FOXO und BAD werden durch die Phosphorylierung inaktiviert, mTORC1 wird also über eine doppelte Hemmung angeschaltet (Akt ⊣ TSC2 ⊣ Rheb). Ein Schema mit einfachen Pfeilen von Akt zu jedem Ziel stellt vier der fünf auf den Kopf.
PI3K/Akt oder Ras/MAPK: Was ist der Unterschied?
Beide beginnen an denselben aktivierten Rezeptortyrosinkinasen, doch PI3K/Akt leitet das Signal über ein Membranlipid, PIP3, und eine Kinase, Akt, und steuert Wachstum, Überleben und Stoffwechsel, während Ras/MAPK es über einen GTPase-Schalter und die dreistufige Kinasekaskade Raf → MEK → ERK leitet und vor allem Proliferation und Differenzierung über Gentranskription steuert. Die beiden sprechen miteinander: GTP-gebundenes Ras kann p110 binden und aktivieren.
| PI3K/Akt | Ras/MAPK | |
|---|---|---|
| Adapter am Rezeptor | Untereinheit p85 der PI3K, über ihre SH2-Domänen | Grb2, gebunden an den GEF SOS; an manchen Rezeptoren Shc |
| Relais | Lipidbotenstoff PIP3 in der inneren Membranschicht | Kleine GTPase Ras, aktiv im GTP-gebundenen Zustand |
| Kinasestufen | PDK1 und mTORC2 → Akt | Raf → MEK1/2 → ERK1/2 |
| Hauptwirkungen | Zellwachstum (mTORC1), Überleben (BAD, FOXO), Stoffwechsel | Proliferation und Differenzierung, Transkription früher Gene |
| Abgeschaltet durch | PTEN, das das 3-Phosphat von PIP3 entfernt | GAPs, die die GTP-Hydrolyse durch Ras beschleunigen |
| Typische Veränderungen in Tumoren | Aktivierende Mutationen in PIK3CA und PIK3R1, PTEN-Verlust, AKT1 E17K | Hyperaktive RAS-Mutanten, BRAF V600E |
| Zugelassene Hemmstoffe | Alpelisib, Inavolisib, Idelalisib (PI3K); Capivasertib (Akt); Everolimus, Temsirolimus (mTOR) | Vemurafenib (BRAF V600E); Trametinib (MEK1/2) |
Zeichnen Sie zwei Zweige aus einem Rezeptor, nicht eine Linie, und lassen Sie Ras in PI3K einspeisen. Der Insulin-Signalweg ist das klassische Lehrbeispiel dieser Aufspaltung: Sein Zweig IRS–PI3K–Akt trägt die Stoffwechselwirkungen, sein Zweig Shc–Grb2–Ras die Wachstumswirkungen.
Wofür werden Schemata des PI3K/Akt-Signalwegs verwendet?
Schemata des PI3K/Akt-Signalwegs werden in Zellbiologie und Tumorbiologie, in Pharmakologie-Vorlesungen zur zielgerichteten Therapie und als Modellabbildungen in Arbeiten zu Krebs und Stoffwechsel eingesetzt. Was sich ändert, ist die Tiefe: ein Überblick mit acht Beschriftungen für den Einstieg, alle fünf Akt-Ziele und die Wirkstoffklassen für Fortgeschrittene.
Zellbiologie
Vorlesungen zur Signaltransduktion, die den Signalweg als Standardbeispiel für einen Lipid-Second-Messenger und für eine Kinase nutzen, die ihre Ziele durch Hemmung steuert.
Tumorbiologie
Unterricht zu Onkogenen und Tumorsuppressoren – PIK3CA als Onkogen, PTEN als Tumorsuppressor – und dazu, warum Tumoren mit diesen Veränderungen für zielgerichtete Wirkstoffe infrage kommen.
Pharmakologie
Folien, die jeden zugelassenen Hemmstoff seinem Knoten zuordnen: PI3K-Hemmer wie Alpelisib, den Akt-Hemmer Capivasertib und die Rapaloge Everolimus und Temsirolimus an mTORC1.
Forschungsabbildungen
Graphical Abstracts und Modellabbildungen in Arbeiten zu Krebs, Stoffwechsel und Alterung, mit dem untersuchten Knoten in der Kaskade hervorgehoben.
Häufige Fragen zum PI3K/Akt-Signalweg
Welche Schritte hat der PI3K/Akt-Signalweg?
Ein Wachstumsfaktor aktiviert seinen Rezeptor; PI3K dockt an und wandelt PIP2 in PIP3 um; PIP3 holt Akt und PDK1 an die Membran; mTORC2 phosphoryliert Akt an Ser473, PDK1 phosphoryliert es an Thr308; aktives Akt phosphoryliert TSC2, GSK3β, FOXO, BAD und MDM2. PTEN macht den zweiten Schritt rückgängig, indem es PIP3 zurück in PIP2 verwandelt.
Was macht PTEN im PI3K/Akt-Signalweg?
PTEN ist eine Lipidphosphatase, die das 3-Phosphat von PIP3 entfernt, es zurück in PIP2 verwandelt und so Akt abschaltet. Es ist der direkte Gegenspieler der PI3K – deshalb steht PTEN im Schema neben der PI3K an der Membran, mit einem Pfeil von PIP3 zurück zu PIP2.
Warum aktivieren PTEN-Verlust und PIK3CA-Mutationen den Signalweg in Tumoren?
Beide halten PIP3 ohne Wachstumsfaktor hoch: Aktivierende PIK3CA-Mutationen lösen p110α von der Bremse p85 oder fixieren es in einer aktiven Form, und ohne PTEN fehlt die Phosphatase, die PIP3 abbauen würde. So oder so bleibt Akt aktiv, die Zellen wachsen weiter und entgehen der Apoptose. Die seltene Mutation AKT1 E17K wirkt weiter unten ebenso: Akt bindet dann PIP2 und wird ohne PI3K aktiviert.
Wie aktiviert Akt mTORC1?
Indirekt: Akt phosphoryliert TSC2 und löst den TSC1/TSC2-Komplex auf, ein GAP, das Rheb inaktiv hält – GTP-gebundenes Rheb reichert sich an und aktiviert mTORC1. mTORC1 phosphoryliert dann S6K1, das das ribosomale Protein S6 aktiviert, und 4E-BP1, das daraufhin eIF4E für die Translation freigibt.
Was ist der Unterschied zwischen mTORC1 und mTORC2?
mTORC1 (mit Raptor) liegt stromabwärts von Akt und treibt Proteinsynthese und Zellwachstum; mTORC2 (mit Rictor) liegt stromaufwärts und phosphoryliert Akt an Ser473. Rapamycin und die Rapaloge hemmen nur mTORC1, weil Rictor die Rapamycin-Bindestelle in mTORC2 verdeckt.
Welche Wirkstoffe greifen am PI3K/Akt/mTOR-Signalweg an?
Drei Klassen sind zugelassen: PI3K-Hemmer (Alpelisib und Inavolisib bei PIK3CA-mutiertem Brustkrebs, Idelalisib gegen PI3Kδ bei chronischer lymphatischer Leukämie), der Akt-Hemmer Capivasertib und die mTOR-Hemmer Everolimus und Temsirolimus. Capivasertib wurde 2023 in den USA zugelassen und wird mit Fulvestrant bei Brustkrebs mit Veränderungen in PIK3CA, AKT1 oder PTEN eingesetzt.
Warum erhöhen PI3K- und Akt-Hemmer den Blutzucker?
Insulin nutzt dieselben Schritte über PI3K und Akt, um GLUT4 an die Zelloberfläche zu bringen und die Glucosebildung der Leber zu bremsen – wer sie blockiert, blockiert einen Teil der Insulinwirkung. Die Fachinformation von Alpelisib warnt vor schwerer Hyperglykämie und verlangt Nüchternglucose und HbA1c vor Therapiebeginn.
Was ist der Unterschied zwischen PI3K/Akt-Signalweg und Insulin-Signalweg?
Der Insulin-Signalweg ist ein Zugang zum PI3K/Akt-Modul – über Insulinrezeptor und IRS-Proteine – und wird als Stoffwechsel abgelesen: GLUT4, Glykogen, Gluconeogenese. Diese Seite zeichnet das allgemeine Modul vieler Wachstumsfaktoren mit mTORC1, BAD und MDM2; für die physiologische Fassung nutzen Sie den Generator für den Insulin-Signalweg.
Was ist anders als bei einem allgemeinen KI-Bildgenerator?
Die fachliche Vorgabe ist eingebaut. Jedes Bild wird angewiesen, die Kaskade von oben nach unten zu zeichnen – Rezeptor in der Membran, Zellkern unten, Aktivierung als Pfeil, Hemmung als Strich mit Querbalken, Phosphorylierung als eingekreistes P – mit exakt geschriebenen Beschriftungen. Prüfen Sie die Knoten vor dem Druck an Ihrem Lehrplan; auf der Leinwand lässt sich jede Beschriftung direkt korrigieren.
Kann ich die Schemata für Schule, Lehre oder Publikationen verwenden?
Ja – was Sie erzeugen, gehört Ihnen und lässt sich in Arbeitsblättern, Präsentationen, Handouts, Abschlussarbeiten und Fachartikeln verwenden. Export als hochauflösende Rastergrafik, je nach Modell bis 4K.
Kann ich die Beschriftungen nachträglich ändern?
Ja. Das Ergebnis öffnet sich in einer Canvas-Arbeitsfläche, die die Beschriftungen erkennt – Sie können den Text ändern oder übersetzen, Bezugslinien verschieben, einen Bereich neu zeichnen oder umfärben, ohne die ganze Abbildung neu zu erzeugen.
Quellen
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