Schema des TGF-β-Signalwegs erstellen
Beschreiben Sie die Abbildung, die Sie brauchen, und erhalten Sie den TGF-β-Signalweg beschriftet – aktives TGF-beta aus dem latenten Komplex, der Typ-II-Rezeptor, der ALK5 phosphoryliert, SMAD2/3 mit SMAD4 im Zellkern und die Rückkopplung über SMAD7.
TGF-β-Signalweg in Beispielen
Echte Renderings von vier Prompts zum TGF-β-Signalweg: voll beschriftet mit SMAD7-Rückkopplung, als Überblick mit sechs Begriffen, bei Fibrose und als leeres Arbeitsblatt. Ein Klick lädt den Prompt zum Bearbeiten.
Zwei Kinasen, die SMADs und eine Bremse
Von oben nach unten, dann rechts hoch zur Rückkopplung.
- 1
Latentes → aktives TGF-β
Aktives TGF-β wird außerhalb der Zelle aus LAP und LTBP frei.
- 2
TGFBR2 → ALK5
TGF-β bindet TGFBR2, der den Typ-I-Rezeptor ALK5 phosphoryliert.
- 3
SARA, SMAD2/3 und SMAD4
ALK5 phosphoryliert SMAD2/3; mit SMAD4 gehen sie in den Zellkern.
- 4
Zielgene und SMAD7
PAI-1, p15, p21, Kollagen an; SMAD7 mit SMURF2 bremst ALK5.
TGF-β1 treibt die Fibrose, SMAD7 hält dagegen
Mitte abwärts lesen, dann rechts den SMAD7-Arm hinauf.
- 1
TGFBR2 → ALK5 → SMAD3
Über beide Rezeptoren gelangen SMAD3 und SMAD4 in den Zellkern.
- 2
Gene → Myofibroblast
Kollagen I, Fibronektin, PAI-1 an; Kollagenfasern häufen sich an.
- 3
SMAD7-Rückkopplung
Auch das SMAD7-Gen springt an; SMAD7 mit SMURF2 blockiert ALK5.
Was ist der TGF-β-Signalweg?
Der TGF-β-Signalweg leitet ein Signal des Transforming Growth Factor beta von der Zelloberfläche in den Zellkern: TGF-β bindet den Typ-II-Rezeptor (TGFBR2), der den Typ-I-Rezeptor ALK5 (TGFBR1) phosphoryliert; ALK5 phosphoryliert SMAD2 und SMAD3, die sich mit SMAD4 verbinden und im Zellkern Zielgene steuern. SMAD7, eines dieser Zielgene, fährt den Rezeptor wieder herunter.
Auf einen Blick
- TGF-β entsteht in latenter Form. Furin schneidet die Vorstufe, doch das Latenz-assoziierte Peptid (LAP) bleibt um das reife Dimer gelegt, und LTBPs verankern es in der extrazellulären Matrix; Integrine wie αvβ6 und αvβ8, Proteasen, Thrombospondin-1 und Säure setzen das aktive Zytokin frei.
- Beide Rezeptoren sind Serin/Threonin-Kinasen. TGF-β bindet zuerst TGFBR2; dieser holt TGFBR1 (ALK5) heran und phosphoryliert dessen glycin- und serinreiche GS-Domäne, und der aktive Komplex enthält zwei Typ-II- und zwei Typ-I-Rezeptoren.
- SMAD2 und SMAD3 sind die R-SMADs, SMAD4 ist das einzige Co-SMAD. Das Adapterprotein SARA präsentiert SMAD2/3 dem ALK5, der zwei Serine am C-Terminus phosphoryliert; die phosphorylierten R-SMADs bilden dann mit SMAD4 einen Komplex, der in den Zellkern wandert.
- Der Signalweg schaltet sich selbst ab. Der SMAD2/3–SMAD4-Komplex induziert SMAD7, das mit SMAD2/3 um ALK5 konkurriert und die Ubiquitin-Ligasen SMURF1, SMURF2 und NEDD4L an den Rezeptor bringt, der daraufhin abgebaut wird.
- Dasselbe Signal hemmt frühe Tumoren und fördert späte. In normalen und prämalignen Zellen stoppt TGF-β den Zellzyklus, indem es p15 und p21 induziert und MYC unterdrückt; in fortgeschrittenen Karzinomen treibt es die epithelial-mesenchymale Transition, Invasion und Metastasierung an.
Wie funktioniert der Generator für den TGF-β-Signalweg?
Schema beschreiben
Sagen Sie, wofür es gedacht ist und wie tief es gehen soll: der volle SMAD-Signalweg, ein einfacher Überblick oder die SMAD7-Rückkopplung bei Fibrose. Ein Satz genügt.
Stil wählen
Standard ist eine klare, flache Lehrbuch-Tafel – weißer Hintergrund, gerade Pfeile, Beschriftungen an 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.
Bestandteile des TGF-β-Signalwegs und ihre Aufgaben
Die Moleküle, die ein beschriftetes Schema des TGF-β-Signalwegs üblicherweise zeigt, in der Reihenfolge, in der das Signal sie durchläuft. Das ist der Standard-Beschriftungssatz, solange Sie keinen kürzeren verlangen.
| Bestandteil | Aufgabe | Wo er hingehört |
|---|---|---|
| Latenter TGF-β-Komplex (LAP, LTBP) | Hält reifes TGF-β inaktiv und speichert es in der extrazellulären Matrix | Oben, im Extrazellulärraum |
| Aktivatoren (Integrine αvβ6 und αvβ8, Proteasen) | Setzen das aktive TGF-β-Dimer aus dem LAP frei | Neben dem latenten Komplex |
| TGF-β-Dimer | Der aktive Ligand – TGF-β1, TGF-β2 oder TGF-β3 | Über der Membran, an die Rezeptoren gebunden |
| Typ-II-Rezeptor (TGFBR2) | Kinase, die TGF-β zuerst bindet und den Typ-I-Rezeptor phosphoryliert | Durch die Membran |
| Typ-I-Rezeptor (ALK5, TGFBR1) | Kinase, die durch Phosphorylierung ihrer GS-Domäne angeschaltet wird; phosphoryliert SMAD2 und SMAD3 | Durch die Membran neben TGFBR2, mit eingekreistem P |
| SARA | Adapter, der SMAD2/3 dem ALK5 präsentiert | Direkt unter der Membran neben ALK5 – genau genommen an frühen Endosomen |
| SMAD2 und SMAD3 (R-SMADs) | Von ALK5 an zwei C-terminalen Serinen phosphoryliert, dann freigesetzt | Im Cytoplasma, jeweils mit eingekreistem P |
| SMAD4 (Co-SMAD) | Gemeinsamer Partner, der den SMAD2/3–SMAD4-Komplex bildet | Im Cytoplasma, zu den R-SMADs stoßend |
| Partner-Transkriptionsfaktoren | DNA-bindende Partner wie SP1 und FOXO sowie Koaktivatoren wie p300, die die Gene auswählen | Auf der DNA im Zellkern |
| Zielgene | PAI-1 (SERPINE1), p15 (CDKN2B), p21 (CDKN1A), Kollagen (COL1A2), JUNB und SMAD7 an; MYC aus | Im Zellkern, ganz unten |
| SMAD7 mit SMURF1/2 | Inhibitorisches SMAD, das ALK5 blockiert und abbauen lässt | Balken mit flachem Ende vom Zellkern zurück zu ALK5 |
Die Tiefe hängt vom Kurs ab. Ein Einstieg zeigt TGF-β, die beiden Rezeptoren, SMAD2/3, SMAD4 und Zielgene; im Zellbiologie-Kurs kommen SARA, SMAD7 und SMURFs dazu, in Vertiefungskursen der latente Komplex und die Nicht-SMAD-Zweige – TAK1 zu p38 und JNK, PI3K zu AKT. Viele Lehrbücher zeichnen die SMAD-Phosphorylierung an der Plasmamembran, Reactome dagegen an frühen Endosomen nach der Internalisierung der Rezeptoren.
TGF-β- vs. BMP-Signalweg: Was ist der Unterschied?
TGF-β- und BMP-Signalweg nutzen dieselbe Maschinerie – einen Typ-II-Rezeptor, der einen Typ-I-Rezeptor phosphoryliert, R-SMADs und SMAD4 –, doch TGF-β signalisiert über ALK5 und SMAD2/3, BMPs dagegen über ALK2, ALK3 oder ALK6 und SMAD1/5/8. Beide gehören zur TGF-β-Familie mit 33 Mitgliedern beim Menschen.
| TGF-β-Zweig | BMP-Zweig | |
|---|---|---|
| Liganden | TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3 (Activin und Nodal nutzen dieselben SMADs) | BMP2, BMP4, BMP6, BMP7, GDF5 und weitere |
| Typ-II-Rezeptor | TGFBR2 | BMPR2, ACVR2A, ACVR2B |
| Typ-I-Rezeptor | ALK5 (TGFBR1) | ALK3 (BMPR1A), ALK6 (BMPR1B), ALK2 (ACVR1); ALK1 für BMP9 und BMP10 |
| Bindungsreihenfolge | Bindet zuerst den Typ-II-Rezeptor | Kann Typ-I-Rezeptoren allein binden; beide Typen zusammen binden weit fester |
| R-SMADs | SMAD2, SMAD3 | SMAD1, SMAD5, SMAD8 |
| Co-SMAD | SMAD4 | SMAD4 |
| Ankerprotein | SARA | Endofin |
| DNA-Elemente | Vor allem das SMAD-Bindeelement (CAGAC) | GC-reiche Elemente sowie das SMAD-Bindeelement |
| Kontrolle außerhalb der Zelle | LAP hält TGF-β latent | Noggin und Gremlin 1 fangen BMPs ab |
| Typische Aufgaben | Wachstumsstopp, extrazelluläre Matrix, Immunregulation, Fibrose | Knochen- und Knorpelbildung; Entwicklung von Herz, Niere und Blutgefäßen |
Zeichnen Sie beide Zweige so, dass sie unterhalb der Rezeptoren nur SMAD4 teilen. Der klassische Fehler ist SMAD1/5/8 unter ALK5 oder SMAD2/3 unter einem BMP-Rezeptor. Hohe TGF-β-Konzentrationen können in Endothelzellen auch ALK1 aktivieren, doch das ist eine Ausnahme, nicht die Lehrbuchdarstellung.
Wo werden Schemata des TGF-β-Signalwegs verwendet?
Schemata des TGF-β-Signalwegs werden in der Zellbiologie- und Pathologie-Lehre sowie als schematische Abbildungen in der Fibrose-, Krebs- und Immunologieforschung verwendet. Ein Einstieg braucht Rezeptoren und SMADs; eine Forschungsabbildung zeigt meist zusätzlich den latenten Komplex, die Rückkopplung oder einen Angriffspunkt für Wirkstoffe.
Zellbiologie-Vorlesungen
Serin/Threonin-Kinase-Rezeptoren neben Rezeptor-Tyrosinkinasen: Ligand, Typ-II- und Typ-I-Rezeptor, SMADs und Zellkern, mit der SMAD7-Schleife als Musterbeispiel für negative Rückkopplung.
Fibroseforschung
Abbildungen von Fibroblasten, die unter TGF-β zu Myofibroblasten werden – Kollagen, Fibronektin, PAI-1 und α-Glattmuskelaktin – bei Lungen-, Nieren-, Leber- und Hautfibrose.
Tumorbiologie
Abbildungen zum Wechsel vom Tumorsuppressor zum Tumorpromotor: früh p15, p21 und MYC-Hemmung, spät EMT, Invasion und Metastasierung, dazu Wirkstoffe wie der ALK5-Kinasehemmer Galunisertib.
Forschungsabbildungen und Förderanträge
Schemata, die direkt am Signalweg markieren, wo eine Mutation oder ein Wirkstoff ansetzt – Verlust von TGFBR2 oder SMAD4, ALK5-Hemmer, Integrin-Blockade.
Häufige Fragen zum TGF-β-Signalweg
Was gehört in ein beschriftetes Schema des TGF-β-Signalwegs?
Standard sind TGF-β, der Typ-II-Rezeptor (TGFBR2), der Typ-I-Rezeptor ALK5 (TGFBR1) mit seiner Phosphorylierung, SMAD2 und SMAD3 mit eingekreisten P, SMAD4, der SMAD-Komplex auf dem Weg in den Zellkern, Zielgene und SMAD7 als Rückkopplung zum Rezeptor. Ausführlichere Abbildungen ergänzen den latenten Komplex (LAP, LTBP), SARA und die SMURF-Ubiquitin-Ligasen.
Welche Schritte hat der TGF-β/SMAD-Signalweg?
Sechs Schritte: Aktives TGF-β wird aus dem latenten Komplex freigesetzt; es bindet TGFBR2; TGFBR2 holt ALK5 heran und phosphoryliert ihn; ALK5 phosphoryliert SMAD2 und SMAD3; phospho-SMAD2/3 binden SMAD4; der Komplex gelangt in den Zellkern und steuert dort mit Partner-Transkriptionsfaktoren die Zielgene. Das daraufhin gebildete SMAD7 fährt den Rezeptor wieder herunter.
Ist TGF-beta dasselbe wie TGF-β?
Ja – TGF-beta, TGF-β und TGF-b sind drei Schreibweisen für Transforming Growth Factor beta. Der Name umfasst drei menschliche Isoformen, TGF-β1, TGF-β2 und TGF-β3; Pathway-Datenbanken wie Reactome zeichnen TGF-β1.
Was macht SMAD7?
SMAD7 ist ein inhibitorisches SMAD, das den TGF-β-Signalweg abschaltet: Es bindet den aktivierten ALK5-Rezeptor, hält SMAD2/3 fern und holt SMURF1, SMURF2 oder NEDD4L heran, die den Rezeptor für den Abbau ubiquitinieren. Außerdem bringt es die Phosphatase PP1 mit, die die Phosphate von ALK5 entfernt. Weil SMAD2/3–SMAD4 das SMAD7-Gen anschalten, ist das eine negative Rückkopplung.
Welche Zielgene hat TGF-β?
Nur wenige sind in allen Zelltypen gleich – die Rückkopplungsregulatoren SMAD7 und SKIL (SnoN) sind die wichtigsten Ausnahmen. Bekannte, vom Zelltyp abhängige Zielgene sind PAI-1 (SERPINE1), die CDK-Inhibitoren p15 (CDKN2B) und p21 (CDKN1A), Kollagen Typ I (COL1A2), JUNB und SNAIL, während MYC unterdrückt wird.
Warum ist TGF-β zugleich Tumorsuppressor und Tumorpromotor?
Weil die Wirkung von der Zelle abhängt: In normalen und frühen Tumorzellen stoppt TGF-β den Zellzyklus, indem es p15 und p21 induziert und MYC unterdrückt, doch fortgeschrittene Karzinome, die diesen zytostatischen Arm verloren haben, nutzen das verbleibende Signal für epithelial-mesenchymale Transition, Invasion und Metastasierung. Der Verlust von CDKN2B oder geschwächte SMAD-Partner wie FOXO sind Wege, auf denen Tumoren diesen Wechsel vollziehen.
Wie verursacht TGF-β Fibrose?
Übermäßige TGF-β-Signale treiben Fibroblasten zur Umwandlung in Myofibroblasten, die Kollagen, Fibronektin und PAI-1 bilden und α-Glattmuskelaktin exprimieren – die extrazelluläre Matrix nimmt zu. Bei Mäusen schützt das Ausschalten von SMAD3 oder eine Erhöhung von SMAD7 vor experimenteller Lungenfibrose.
Was ist nicht-kanonische (SMAD-unabhängige) TGF-β-Signalübertragung?
Nicht-kanonische Signale sind die SMAD-unabhängigen Zweige, die dieselben Rezeptoren anschalten: TRAF-Proteine aktivieren TAK1, das zu p38 und JNK führt, und weitere Wege aktivieren ERK, PI3K–AKT, RHO-GTPasen und NF-κB. Die meisten Abbildungen zeigen sie als einen Seitenzweig der Rezeptoren.
Was ist anders als bei einem allgemeinen KI-Bildgenerator?
Die fachliche Vorgabe ist eingebaut. Jedes Bild wird angewiesen, den Signalweg von oben nach unten anzulegen – Ligand, Membranrezeptoren, SMADs, Zellkern – mit einfachen Pfeilen für Aktivierung, Balken mit flachem Ende für Hemmung und eingekreistem P für Phosphorylierung, jede Beschriftung in Lehrbuchschreibweise. Prüfen Sie die Begriffe vor dem Druck an Ihrem Lehrplan; auf der Leinwand lässt sich jede Beschriftung direkt korrigieren.
Kann ich die Schemata für 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
- Signaling by TGF-beta Receptor Complex — pathway R-HSA-170834 — Reactome
- TGF-beta signaling pathway — KEGG PATHWAY hsa04350 — KEGG
- TGFβ signalling in context (Massagué, 2012) — Nature Reviews Molecular Cell Biology
- TGF-β signaling in health, disease and therapeutics (Deng et al., 2024) — Signal Transduction and Targeted Therapy
Mehr entdecken
Unsere übrigen Diagramm-Werkzeuge und die Anleitungen dazu.
Zeichnen Sie Ihren TGF-β-Signalweg
Von einer Zeile Beschreibung zum beschrifteten, druckfertigen Signalweg in etwa einer Minute.
Jetzt zeichnen