Генератор схем сигнального пути PI3K/Akt
Опишите нужную схему и получите путь PI3K/Akt сверху вниз: рецептор, PI3K, PIP3 и PTEN, Akt (Akt/PKB), фосфорилированная по Thr308 и Ser473, и её мишени от mTORC1 до BAD — со стрелками активации и знаками ингибирования.
Примеры схем сигнального пути PI3K/Akt
Реальные рендеры по их промптам: полный каскад PI3K/Akt до mTORC1, BAD, FOXO и MDM2, обзор для лекции на восемь подписей, мутации при раке с ингибиторами и пустой вариант. Щелчок загружает промпт для правки.
Akt включается, чтобы выключать мишени
Знак ингибирования — Akt выключает мишень.
- 1
Рецептор → PI3K
Активный рецептор связывает p85; p110 — каталитическая субъединица.
- 2
PIP2 ⇄ PIP3
PI3K делает PIP3 на мембране, PTEN превращает его обратно в PIP2.
- 3
PDK1 + mTORC2 → Akt
Они фосфорилируют Akt по Thr308 и Ser473 — полная активность.
- 4
Пять мишеней Akt
TSC1/TSC2, GSK3β, BAD и FOXO выключены; MDM2 включена и гасит p53.
Включён мутациями, заблокирован препаратами
Звёзды — мутации, зелёные блоки — препараты.
- 1
PI3K (p110α)
Мутация PIK3CA держит p110α включённой; алпелисиб блокирует PI3K.
- 2
PTEN, зачёркнут
Без PTEN PIP3 некому убирать, и сигнал не гаснет.
- 3
Akt и mTORC1
AKT1 E17K включает Akt; её глушит капивасертиб, mTORC1 — эверолимус.
Что такое сигнальный путь PI3K/Akt?
Путь PI3K/Akt — это модуль, в котором активированный рецептор привлекает PI3K класса I, PI3K превращает PIP2 в PIP3 на мембране, а PIP3 подводит Akt к PDK1 и mTORC2, которые её фосфорилируют; после этого Akt включает mTORC1 и выключает TSC2, GSK3β, FOXO и BAD. Он управляет ростом, выживанием и обменом веществ клетки; выключает его фосфатаза PTEN.
Коротко
- PI3K класса I — фермент из двух частей. Регуляторная субъединица p85 держит каталитическую субъединицу p110 неактивной, пока её SH2-домены не свяжутся с фосфотирозинами активированного рецептора или адаптера; рецепторы-тирозинкиназы активируют изоформы класса IA, рецепторы, сопряжённые с G-белком, — класса IB.
- PIP3 — сигнал, PTEN его стирает. PI3K присоединяет фосфат в положение 3 инозитольного кольца PIP2; PTEN его снимает, поэтому без PTEN PIP3, а вместе с ним и Akt, остаются включёнными.
- Для полной активности Akt нужны два фосфата. PDK1 фосфорилирует Thr308, mTORC2 — Ser473 (нумерация AKT1). В Reactome первым стоит Ser473 — как шаг, открывающий PDK1 доступ к Thr308; в более старых учебниках, например в издании 2002 года «Молекулярной биологии клетки» Альбертса, показана только PDK1.
- Akt действует в основном тем, что выключает свои мишени. Фосфорилирование инактивирует TSC2, и Rheb может активировать mTORC1, а также GSK3β, транскрипционные факторы FOXO (выводятся из ядра) и проапоптотический белок BAD (его удерживает 14-3-3); исключение — MDM2: он уходит в ядро и разрушает p53.
- В опухолях он часто включён постоянно. Активирующие мутации PIK3CA (p110α) и PIK3R1 (p85α), редкая мутация AKT1 E17K и инактивирующие мутации PTEN держат путь активным без фактора роста.
Как работает генератор схем пути PI3K/Akt?
Опишите схему
Скажите, для чего она и насколько подробной должна быть: полный модуль со всеми пятью мишенями Akt, общая схема с восемью подписями или онкологический вариант с мишенями препаратов. Достаточно одного предложения.
Выберите стиль
По умолчанию — чистая плоская схема в стиле учебника: белый фон, подписи на прямых выносных линиях. Или примените акварель, тушь, 3D и другие стили.
Доработайте и экспортируйте
Результат откроется в рабочей области: перерисовывайте фрагменты, редактируйте подписи прямо на холсте, увеличивайте разрешение и экспортируйте в высоком качестве.
Компоненты пути PI3K/Akt и их функции
Молекулы, которые обычно показывает схема пути PI3K/Akt с подписями, — по порядку, с их функцией и тем, на что они действуют дальше. Это набор подписей по умолчанию, если вы не попросите более короткий.
| Молекула | Функция | Действует дальше на |
|---|---|---|
| Рецептор-тирозинкиназа или GPCR | Связывает фактор роста или другой лиганд и активируется | Привлекает PI3K: RTK — через фосфотирозины, GPCR — через Gβγ |
| PI3K класса I (p85/p110) | Липидная киназа; p85 связывается с рецептором, p110 фосфорилирует PIP2 | Образует PIP3 |
| PIP3 | Липидный посредник во внутреннем слое плазматической мембраны | Привлекает PDK1 и Akt через их PH-домены |
| PTEN | Липидная фосфатаза и супрессор опухолей | Превращает PIP3 обратно в PIP2 и выключает Akt |
| PDK1 и mTORC2 | Фосфорилируют Akt по Thr308 (PDK1) и Ser473 (mTORC2) | Полностью активная Akt |
| Akt (AKT1, AKT2, AKT3) | Серин/треониновая киназа, которая покидает мембрану и фосфорилирует мишени | TSC2, GSK3β, FOXO, BAD, MDM2 |
| TSC1/TSC2 | GAP-комплекс, держащий Rheb в неактивной ГДФ-форме; ингибируется Akt | Rheb |
| Rheb → mTORC1 | Связанный с ГТФ Rheb активирует mTORC1 | S6K1 и 4E-BP1 → синтез белка и рост клетки |
| GSK3β | Киназа, ингибируемая Akt | Гликогенсинтаза и другие метаболические мишени |
| FOXO | Транскрипционные факторы, которые после фосфорилирования Akt выводятся из ядра | Затихают гены апоптоза, остановки клеточного цикла и обмена глюкозы |
| BAD | Проапоптотический белок; после фосфорилирования Akt его удерживает 14-3-3 | Апоптоз заблокирован, клетка выживает |
| MDM2 | E3-убиквитинлигаза; фосфорилирование Akt отправляет её в ядро | p53 разрушается |
Рисуйте мишени Akt знаками ингибирования, а не стрелками, — кроме MDM2. TSC2, GSK3β, FOXO и BAD инактивируются при фосфорилировании, поэтому mTORC1 включается двойным ингибированием (Akt ⊣ TSC2 ⊣ Rheb). Схема с простыми стрелками от Akt ко всем мишеням переворачивает четыре из пяти.
PI3K/Akt и Ras/MAPK: в чём разница?
Оба пути начинаются на одних и тех же активированных рецепторах-тирозинкиназах, но PI3K/Akt передаёт сигнал через мембранный липид PIP3 и одну киназу, Akt, управляя ростом, выживанием и обменом веществ, а Ras/MAPK — через ГТФазный переключатель и трёхступенчатый киназный каскад Raf → MEK → ERK, управляя главным образом пролиферацией и дифференцировкой через транскрипцию генов. Пути перекрещиваются: связанный с ГТФ Ras может связаться с p110 и активировать её.
| PI3K/Akt | Ras/MAPK | |
|---|---|---|
| Адаптер на рецепторе | Субъединица p85 киназы PI3K, через SH2-домены | Grb2, связанный с GEF SOS; на некоторых рецепторах Shc |
| Передатчик | Липидный посредник PIP3 во внутреннем слое мембраны | Малая ГТФаза Ras, активная в ГТФ-связанной форме |
| Киназные ступени | PDK1 и mTORC2 → Akt | Raf → MEK1/2 → ERK1/2 |
| Главные эффекты | Рост клетки (mTORC1), выживание (BAD, FOXO), обмен веществ | Пролиферация и дифференцировка, транскрипция генов раннего ответа |
| Выключается | PTEN, снимающей 3-фосфат с PIP3 | GAP, ускоряющими гидролиз ГТФ белком Ras |
| Типичные изменения в опухолях | Активирующие мутации PIK3CA и PIK3R1, потеря PTEN, AKT1 E17K | Гиперактивные мутанты RAS, BRAF V600E |
| Одобренные ингибиторы | Алпелисиб, инаволисиб, иделалисиб (PI3K); капивасертиб (Akt); эверолимус, темсиролимус (mTOR) | Вемурафениб (BRAF V600E); траметиниб (MEK1/2) |
Рисуйте их как две ветви от одного рецептора, а не как одну линию, и покажите, что Ras может подавать сигнал в PI3K. Сигнальный путь инсулина — классический учебный пример такого разветвления: ветвь IRS–PI3K–Akt несёт метаболические эффекты, ветвь Shc–Grb2–Ras — ростовые.
Где используют схемы пути PI3K/Akt?
Схемы пути PI3K/Akt используют в клеточной биологии и онкологии, на лекциях по фармакологии таргетной терапии и как модельные рисунки в статьях о раке и обмене веществ. Меняется глубина: общая схема с восемью подписями для вводного курса, все пять мишеней Akt и классы препаратов — для продвинутого.
Клеточная биология
Лекции по передаче сигнала, где путь служит стандартным примером липидного вторичного посредника и киназы, действующей через ингибирование мишеней.
Онкология
Занятия об онкогенах и супрессорах опухолей (PIK3CA как онкоген, PTEN как супрессор) и о том, почему опухоли с такими изменениями — кандидаты для таргетных препаратов.
Фармакология
Слайды, где каждый одобренный ингибитор стоит на своём узле: ингибиторы PI3K, например алпелисиб, ингибитор Akt капивасертиб и рапалоги эверолимус и темсиролимус на mTORC1.
Научные иллюстрации
Графические аннотации и модельные рисунки к статьям о раке, обмене веществ и старении, с выделенным в каскаде изучаемым узлом.
Частые вопросы о пути PI3K/Akt
Какие этапы у пути PI3K/Akt?
Фактор роста активирует рецептор; PI3K стыкуется с ним и превращает PIP2 в PIP3; PIP3 собирает на мембране Akt и PDK1; mTORC2 фосфорилирует Akt по Ser473, а PDK1 — по Thr308; активная Akt фосфорилирует TSC2, GSK3β, FOXO, BAD и MDM2. PTEN отменяет второй этап, превращая PIP3 обратно в PIP2.
Что делает PTEN в пути PI3K/Akt?
PTEN — липидная фосфатаза, которая снимает 3-фосфат с PIP3, превращает его обратно в PIP2 и тем самым выключает Akt. Это прямая противоположность PI3K, поэтому на схеме PTEN стоит рядом с PI3K у мембраны, со стрелкой от PIP3 обратно к PIP2.
Почему потеря PTEN и мутации PIK3CA активируют путь в опухолях?
И то и другое держит PIP3 высоким без фактора роста: активирующие мутации PIK3CA освобождают p110α от тормоза p85 или фиксируют её в активной форме, а без PTEN нет фосфатазы, которая убирала бы PIP3. В обоих случаях Akt остаётся активной, клетки продолжают расти и уходят от апоптоза. Редкая мутация AKT1 E17K делает то же ниже по пути: Akt связывает PIP2 и активируется без PI3K.
Как Akt активирует mTORC1?
Косвенно: Akt фосфорилирует TSC2 и разрушает комплекс TSC1/TSC2 — GAP, держащий Rheb неактивным, поэтому связанный с ГТФ Rheb накапливается и активирует mTORC1. Затем mTORC1 фосфорилирует S6K1, которая активирует рибосомный белок S6, и 4E-BP1, который отпускает eIF4E для трансляции.
Чем mTORC1 отличается от mTORC2?
mTORC1 (с Raptor) стоит ниже Akt и запускает синтез белка и рост клетки; mTORC2 (с Rictor) стоит выше и фосфорилирует Akt по Ser473. Рапамицин и рапалоги ингибируют только mTORC1, потому что в mTORC2 место связывания рапамицина закрыто белком Rictor.
Какие препараты действуют на путь PI3K/Akt/mTOR?
Одобрены три класса: ингибиторы PI3K (алпелисиб и инаволисиб при раке молочной железы с мутацией PIK3CA, иделалисиб против PI3Kδ при хроническом лимфолейкозе), ингибитор Akt капивасертиб и ингибиторы mTOR эверолимус и темсиролимус. Капивасертиб, одобренный в США в 2023 году, применяют с фулвестрантом при раке молочной железы с изменениями PIK3CA, AKT1 или PTEN.
Почему ингибиторы PI3K и Akt повышают уровень глюкозы в крови?
Инсулин использует те же шаги PI3K–Akt, чтобы переносить GLUT4 на поверхность клеток и сдерживать выработку глюкозы печенью, поэтому их блокада блокирует и часть действия инсулина. Инструкция к алпелисибу предупреждает о тяжёлой гипергликемии и требует проверить глюкозу натощак и HbA1c до начала лечения.
Чем путь PI3K/Akt отличается от сигнального пути инсулина?
Сигнальный путь инсулина — один из входов в модуль PI3K/Akt, через рецептор инсулина и белки IRS, и читается он как обмен веществ: GLUT4, гликоген, глюконеогенез. Эта страница рисует общий модуль многих факторов роста, с mTORC1, BAD и MDM2; для физиологического варианта воспользуйтесь генератором схем сигнального пути инсулина.
Чем это отличается от обычного ИИ-генератора изображений?
Предметные требования встроены. Каждое изображение должно рисовать каскад сверху вниз: рецептор в мембране, ядро внизу, активация — стрелкой, ингибирование — линией с поперечной чертой, фосфорилирование — буквой P в кружке, с точным написанием каждой подписи. Перед печатью сверьте молекулы со своей программой: на холсте любую подпись можно исправить на месте.
Можно ли использовать схемы в школе, преподавании или публикациях?
Да — схемы, которые вы создали, принадлежат вам и годятся для рабочих листов, презентаций, раздаточных материалов, дипломных работ и статей. Экспорт в растр высокого разрешения, до 4K в зависимости от модели.
Можно ли изменить подписи после генерации?
Да. Результат открывается в холсте, который распознаёт подписи схемы: текст можно поправить или перевести, выноски передвинуть, участок перерисовать, цвета поменять — и всё это без пересоздания рисунка целиком.
Источники
Продолжить изучение
Другие наши инструменты для схем и руководства к ним.
Нарисуйте схему пути PI3K/Akt
От одной строки описания до подписанной схемы пути, готовой к печати, — около минуты.
Начать