PI3K/Akt経路の図ジェネレーター
必要な図を説明するだけで、PI3K/Akt経路を上から下へ描いた図が得られます。受容体、PI3K、PIP3とPTEN、Thr308とSer473がリン酸化されたAkt（Akt/PKB）、そしてmTORC1からBADまでの標的を、活性化の矢印と抑制の記号付きで描きます。
PI3K/Akt経路の図の例
mTORC1やMDM2まで描いたPI3K/Akt経路の全体図、講義用の概要、がんの変異と阻害薬、空欄版。いずれも表示のプロンプトの実際の生成結果で、クリックで読み込み編集できます。
Aktはオンになって標的をオフにする
上から下へ。抑制の記号はAktが標的を止める印です。
- 1
受容体 → PI3K
リン酸化された受容体にp85が結合し、p110が触媒を担う
- 2
PIP2 ⇄ PIP3
PI3KがPIP3をつくり、PTENがPIP2に戻す
- 3
PDK1 + mTORC2 → Akt
Thr308とSer473のリン酸化でAktが完全に活性化する
- 4
Aktの5つの標的
TSC2、GSK3β、BAD、FOXOを抑え、MDM2は活性化
変異でオンのまま、薬で止める
赤い星は変異、緑の箱は薬を表します。
- 1
PI3K（p110α）
PIK3CA変異でp110αがオンのまま、アルペリシブで阻害
- 2
×印のPTEN
PTENを失うとPIP3が消えず、シグナルが止まらない
- 3
AktとmTORC1
AKT1 E17KでAktオン、薬はカピバセルチブ・mTOR阻害薬
PI3K/Akt経路とは？
PI3K/Akt経路とは、活性化した受容体がクラスIのPI3Kを呼び寄せ、PI3Kが細胞膜でPIP2をPIP3に変え、PIP3がAktをPDK1とmTORC2のもとへ集めてリン酸化させ、活性化したAktがmTORC1をオンに、TSC2、GSK3β、FOXO、BADをオフにするモジュールです。細胞の成長、生存、代謝を制御し、ホスファターゼのPTENがこれを止めます。
要点
- クラスIのPI3Kは2つの部品からなる酵素です。調節サブユニットp85は、そのSH2ドメインが活性化した受容体やアダプターのリン酸化チロシンに結合するまで、触媒サブユニットp110を不活性に保ちます。受容体型チロシンキナーゼはクラスIA、Gタンパク質共役型受容体はクラスIBのアイソフォームを活性化します。
- PIP3がシグナルで、PTENがそれを消します。PI3KはPIP2のイノシトール環の3位にリン酸を付け、PTENがそれを外します。PTENを失うとPIP3が、したがってAktがオンのまま残ります。
- Aktが完全に活性化するにはリン酸が2つ必要です。PDK1がThr308を、mTORC2がSer473をリン酸化します（AKT1の番号）。ReactomeはSer473を先に置き、PDK1がThr308に届くようにする段階と説明していますが、2002年版のAlbertsの『Molecular Biology of the Cell』のような古い教科書はPDK1だけを描いています。
- Aktは主に標的を「止める」ことで働きます。リン酸化によってTSC2が不活性化されてRhebがmTORC1を活性化できるようになり、GSK3β、転写因子FOXO（核外へ排出）、アポトーシス促進タンパク質BAD（14-3-3に捕まる）も不活性化されます。例外はMDM2で、核に入ってp53を分解します。
- がんでは常にオンになっていることが多い経路です。PIK3CA（p110α）とPIK3R1（p85α）の機能獲得型変異、まれなAKT1 E17K変異、PTENの機能喪失型変異はいずれも、増殖因子なしで経路を活性化したままにします。
PI3K/Akt経路の図の作り方
図を説明する
用途とどこまで詳しく描くかを伝えます。Aktの5つの標的をすべて含む完全なモジュール、ラベル8つの全体図、薬の標的を示したがん版など。一文で十分です。
スタイルを選ぶ
デフォルトはフラットで清潔な教科書スタイル。白背景に、まっすぐな引き出し線付きのラベル。水彩、線画、3D などの仕上げも選べます。
調整して書き出す
生成結果はワークスペースに開き、部分的な描き直し、キャンバス上でのラベル編集、アップスケール、高解像度での書き出しができます。
PI3K/Akt経路の構成分子とそのはたらき
ラベル付きのPI3K/Akt経路の図にふつう描かれる分子を、順番、はたらき、次に作用する相手とともにまとめました。短いセットを指定しない限り、これが標準のラベルです。
| 分子 | はたらき | 次に作用する相手 |
|---|---|---|
| 受容体型チロシンキナーゼまたはGPCR | 増殖因子などのリガンドを結合して活性化する | PI3Kを呼び寄せる（RTKはリン酸化チロシン、GPCRはGβγを介して） |
| クラスIのPI3K（p85/p110） | 脂質キナーゼ。p85が受容体に結合し、p110がPIP2をリン酸化する | PIP3をつくる |
| PIP3 | 細胞膜の内層にある脂質のメッセンジャー | PHドメインを介してPDK1とAktを呼び寄せる |
| PTEN | 脂質ホスファターゼで、がん抑制因子 | PIP3をPIP2に戻し、Aktを止める |
| PDK1とmTORC2 | AktのThr308（PDK1）とSer473（mTORC2）をリン酸化する | 完全に活性化したAkt |
| Akt（AKT1、AKT2、AKT3） | 膜を離れて標的をリン酸化するセリン/トレオニンキナーゼ | TSC2、GSK3β、FOXO、BAD、MDM2 |
| TSC1/TSC2 | RhebをGDP結合型の不活性型に保つGAP複合体。Aktが抑える | Rheb |
| Rheb → mTORC1 | GTP結合型のRhebがmTORC1を活性化する | S6K1と4E-BP1 → タンパク質合成と細胞の成長 |
| GSK3β | Aktに抑えられるキナーゼ | グリコーゲン合成酵素などの代謝の標的 |
| FOXO | Aktにリン酸化されると核外へ出される転写因子 | アポトーシス、細胞周期停止、糖代謝の遺伝子が抑えられる |
| BAD | アポトーシス促進タンパク質。Aktにリン酸化されると14-3-3に捕まる | アポトーシスが止まり、細胞が生き残る |
| MDM2 | E3ユビキチンリガーゼ。Aktのリン酸化で核へ送られる | p53が分解される |
Aktの標的は、MDM2を除いて矢印ではなく抑制の記号（⊣）で描きます。TSC2、GSK3β、FOXO、BADはリン酸化で不活性化されるので、mTORC1は二重の抑制（Akt ⊣ TSC2 ⊣ Rheb）によってオンになります。Aktからすべての標的に普通の矢印を引いた図は、5つのうち4つを逆に描いていることになります。
PI3K/Akt経路とRas/MAPK経路の違い
どちらも同じ活性化した受容体型チロシンキナーゼから始まりますが、PI3K/Akt経路は膜脂質のPIP3と1つのキナーゼAktでシグナルを伝えて成長、生存、代謝を制御し、Ras/MAPK経路はGTPアーゼのスイッチとRaf → MEK → ERKの3段階のキナーゼカスケードで伝えて、主に遺伝子の転写を通じて増殖と分化を制御します。2つはクロストークしており、GTP結合型のRasはp110に結合して活性化できます。
| PI3K/Akt | Ras/MAPK | |
|---|---|---|
| 受容体のアダプター | PI3Kのp85サブユニット（SH2ドメインで結合） | GEFのSOSと結合したGrb2。受容体によってはShc |
| 中継役 | 細胞膜内層の脂質メッセンジャーPIP3 | GTP結合型で活性をもつ低分子量GTPアーゼRas |
| キナーゼの段階 | PDK1とmTORC2 → Akt | Raf → MEK1/2 → ERK1/2 |
| 主な出力 | 細胞の成長（mTORC1）、生存（BAD、FOXO）、代謝 | 増殖と分化、初期応答遺伝子の転写 |
| 止める仕組み | PTENがPIP3の3位のリン酸を外す | GAPがRasによるGTPの加水分解を速める |
| がんでよくある変化 | PIK3CAとPIK3R1の機能獲得型変異、PTENの欠損、AKT1 E17K | 活性化型RAS変異、BRAF V600E |
| 承認された阻害薬 | アルペリシブ、イナボリシブ、イデラリシブ（PI3K）、カピバセルチブ（Akt）、エベロリムス、テムシロリムス（mTOR） | ベムラフェニブ（BRAF V600E）、トラメチニブ（MEK1/2） |
1本の線ではなく、同じ受容体から出る2本の枝として描き、RasからPI3Kへの入力も示します。インスリンシグナル伝達経路はこの分岐の代表的な教材で、IRS–PI3K–Aktの枝が代謝への作用を、Shc–Grb2–Rasの枝が成長への作用を担います。
PI3K/Akt経路の図はどこで使われる？
PI3K/Akt経路の図は、細胞生物学やがん生物学の授業、分子標的治療を扱う薬理学の講義、がんや代謝の論文の模式図に使われます。変わるのは詳しさで、入門ならラベル8つの全体図、発展ではAktの5つの標的と薬のクラスまで描きます。
細胞生物学
シグナル伝達の講義で、脂質のセカンドメッセンジャーと、標的を抑えることで働くキナーゼの代表例として。
がん生物学
がん遺伝子とがん抑制遺伝子（がん遺伝子としてのPIK3CA、がん抑制遺伝子としてのPTEN）と、これらの変化をもつ腫瘍が分子標的薬の対象になる理由の説明に。
薬理学
承認された阻害薬を作用点ごとに配置したスライドに。アルペリシブなどのPI3K阻害薬、Akt阻害薬カピバセルチブ、mTORC1に作用するラパログのエベロリムスとテムシロリムス。
研究用の図
がん、代謝、老化の論文のグラフィカルアブストラクトや模式図で、研究対象の分子をカスケードの中で強調して。
PI3K/Akt経路についてよくある質問
PI3K/Akt経路の流れは？
増殖因子が受容体を活性化し、PI3Kがそこに結合してPIP2をPIP3に変え、PIP3がAktとPDK1を膜に集め、mTORC2がAktのSer473を、PDK1がThr308をリン酸化し、活性化したAktがTSC2、GSK3β、FOXO、BAD、MDM2をリン酸化します。PTENはPIP3をPIP2に戻して、2番目の段階を元に戻します。
PI3K/Akt経路でPTENは何をしている？
PTENはPIP3の3位のリン酸を外してPIP2に戻す脂質ホスファターゼで、これによってAktを止めます。PI3Kとちょうど逆の反応なので、図では細胞膜のPI3Kの隣に置き、PIP3からPIP2へ戻る矢印で描きます。
PTENの欠損やPIK3CA変異はなぜがんで経路を活性化する？
どちらも増殖因子なしでPIP3を高いまま保つからです。PIK3CAの活性化変異はp110αをp85のブレーキから外すか活性型に固定し、PTENの欠損はPIP3を消すホスファターゼをなくします。いずれの場合もAktは活性のまま残り、細胞は成長を続けてアポトーシスを免れます。まれなAKT1 E17K変異は、AktがPIP2に結合してPI3Kなしで活性化されるようにして、さらに下流で同じことを起こします。
AktはどうやってmTORC1を活性化する？
間接的です。AktがTSC2をリン酸化してTSC1/TSC2複合体（Rhebを不活性に保つGAP）を壊すと、GTP結合型のRhebがたまり、mTORC1を活性化します。mTORC1は次に、リボソームタンパク質S6を活性化するS6K1と、翻訳のためにeIF4Eを放す4E-BP1をリン酸化します。
mTORC1とmTORC2の違いは？
mTORC1（Raptorを含む）はAktの下流にあってタンパク質合成と細胞の成長を進め、mTORC2（Rictorを含む）は上流にあってAktのSer473をリン酸化します。ラパマイシンとラパログが阻害するのはmTORC1だけで、mTORC2ではRictorがラパマイシンの結合部位を覆っているためです。
PI3K/Akt/mTOR経路を標的とする薬は？
承認されているのは3つのクラスです。PI3K阻害薬（PIK3CA変異乳がんのアルペリシブとイナボリシブ、慢性リンパ性白血病でPI3Kδを阻害するイデラリシブ）、Akt阻害薬カピバセルチブ、mTOR阻害薬のエベロリムスとテムシロリムスです。カピバセルチブは2023年に米国で承認され、PIK3CA、AKT1、PTENに変化のある乳がんにフルベストラントと併用されます。
PI3K阻害薬やAkt阻害薬で血糖値が上がるのはなぜ？
インスリンは同じPI3K–Aktの段階を使ってGLUT4を細胞表面に運び、肝臓の糖の産生を抑えているので、それを阻害するとインスリンの作用の一部も阻害されます。アルペリシブの添付文書は重い高血糖に注意を促し、治療開始前に空腹時血糖とHbA1cを確認するよう求めています。
PI3K/Akt経路とインスリンシグナル伝達経路の違いは？
インスリンシグナル伝達経路は、インスリン受容体とIRSタンパク質を通ってPI3K/Aktモジュールに入る一つのルートで、GLUT4、グリコーゲン、糖新生という代謝の出力として読み取られます。このページでは多くの増殖因子に共通するモジュール（mTORC1、BAD、MDM2を含む）を描きます。生理学的な版にはインスリンシグナル伝達経路の図ジェネレーターを使ってください。
一般的な画像生成AIと何が違いますか？
題材についての指示が組み込まれています。どの画像もカスケードを上から下へ描き、受容体は細胞膜に、核は下に置き、活性化は矢印、抑制は先端が平らな線、リン酸化は丸で囲んだPで示し、各ラベルを正確な表記で付けるよう指示されます。印刷前に教科書や授業の用語と照らし合わせてください。キャンバス上でどのラベルもその場で直せます。
生成した図は授業や論文に使えますか？
使えます。生成した図はあなたのものです。プリント、発表資料、配布資料、学位論文、投稿論文で使えます。モデルにもよりますが、最大 4K の高解像度ラスターで書き出せます。
生成後にラベルを変更できますか？
できます。結果はキャンバスのワークスペースで開き、図のラベルが認識されています。文字の修正や翻訳、引き出し線の移動、一部の描き直し、色の変更が、図全体を作り直さずに行えます。
出典
関連ツールと記事
ほかの図表作成ツールと、その読み方をまとめた記事。
