「イノシトール1,4,5-三リン酸」の版間の差分

DOI：<selfdoi />　原稿受付日：2021年3月9日　原稿完成日：202X年X月XX日<br>

略称：Ins(1,4,5)P₃、1,4,5-IP₃、InsP₃、IP₃

 

{{box|text=　イノシトール1,4,5-三リン酸は、細胞内二次メッセンジャーとしてはたらく代謝化合物である。IP₃は、細胞外からの一次メッセンジャーなどの刺激によってイノシトールリン脂質代謝酵素のホスホリパーゼCが活性化されることで産生される。活性化したPLCは、細胞膜の微量成分であるイノシトールリン脂質の一種のホスファチジルイノシトール4,5-二リン酸を基質として、加水分解によってIP₃を脂質成分から切り離して細胞質へ遊離する。シグナルとしてのIP₃の標的は、IP₃受容体である。IP₃受容体は、IP₃リガンドによって開口する細胞内Ca²⁺放出チャネルで、細胞内Ca²⁺貯蔵部位（細胞内カルシウムストア、あるいはカルシウムプール）から細胞質へCa²⁺放出（Ca²⁺ release、あるいはCa²⁺動員Ca²⁺ mobilizationとも呼ぶ）をする。IP₃受容体の役割は、シグナルとしては単一の標的しかもたないIP₃を受容し、次いで、多くの標的をもつ二次メッセンジャーのCa²⁺へとシグナルを変換することにある。このようにIP₃とCa²⁺の2種類の二次メッセンジャーが、IP₃受容体を介してシグナルを受け継ぐIP₃誘導Ca²⁺放出（IP₃-induced Ca²⁺ release, IICR）は、細胞内で複雑なCa²⁺動態を生み出すことで下流の多種多様なCa²⁺標的分子の活性を正や負に調節し、発生・代謝・分泌・筋収縮・免疫・神経などの多彩な生命現象に関わる。}}

　Ins(1,4,5)P₃（InsP3/IP₃の中でイノシトール環1，4，5位にリン酸基が結合した種類を定義した名称、化学構造の項を参照）がCa²⁺動員に関わる二次メッセンジャーとして機能することは、1980年代に明らかになった。

#ホスファチジルイノシトール4,5-二リン酸（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate、略称：PI(4,5)P₂、あるいはPIP₂）PIP₂の加水分解によるIns(1,4,5)P₃産生と、

#細胞内ストアからのCa²⁺動員

　この2つの事象1.と2.がリンクしたのは、膜透過処理をした膵腺房細胞において、&micro;M濃度のIns(1,4,5)P₃で処理するとミトコンドリアではないATP依存的な細胞内ストアからCa²⁺放出が特異的に誘導され（Ins(1,2)P₂、Ins(1)P、myo-inositolでは誘導されない）、そのCa²⁺ストアがカルバコールでアセチルコリン受容体刺激をした際に起きるCa²⁺放出と同じものであることが示されたことによる<ref name=Berridge1984><pubmed>6095092</pubmed></ref><ref name=Streb1983><pubmed>6605482</pubmed></ref> 。

　次に、膜透過処理した肝細胞を用いた研究において、&alpha;アドレナリン受容体刺激でPIP₂の加水分解が起きること、その結果遊離したIns(1,4,5)P₃がATP依存的Ca²⁺ストアからCa²⁺放出を誘導すること、そして小胞体がそのCa²⁺ストアとしてはたらくことが示された<ref name=Burgess1984><pubmed>6325926</pubmed></ref> 。あわせて、多くの細胞や組織が、様々な細胞外刺激によってPIP₂を加水分解しIns(1,4,5)P₃を産生するはたらきをもつことが明らかにされていった<ref name=Berridge1984><pubmed>6095092</pubmed></ref> 。

　さらに、Ins(1,4,5)P₃に特異的に結合する膜タンパク質が小脳から精製され<ref name=Maeda1990><pubmed>2153079</pubmed></ref><ref name=Supattapone1988><pubmed>2826483</pubmed></ref><ref name=Worley1987><pubmed>3040730</pubmed></ref> 、そのタンパク質をコードする遺伝子がクローニングされた<ref name=Furuichi1989><pubmed>2554142</pubmed></ref><ref name=Mignery1989><pubmed>2554146</pubmed></ref> 。発現させた組換えタンパク質が、確かにIns(1,4,5)P₃に特異的な結合活性（Ins(1,4,5)P₃ > Ins(2,4,5)P3 ≥ Ins(1,3,4,5)P4 > Ins(1,2)P2, InsP）<ref name=Furuichi1989><pubmed>2554142</pubmed></ref><ref name=Miyawaki1991><pubmed>1647021</pubmed></ref> と、IICR活性（Ins(1,4,5)P₃ > Ins(2,4,5)P3 > Ins(1,3,4,5)P4）を有したことから<ref name=Miyawaki1990><pubmed>2164403</pubmed></ref> 、このタンパク質がIns(1,4,5)P₃の受容体としてはたらくのと同時にIICRチャネルの活性をもつという分子実体（Ins(1,4,5)P₃受容体/Ca²⁺放出チャネル）が明らかになった。

　これにより、細胞刺激で産生される二次メッセンジャーIns(1,4,5)P₃/IP₃が細胞内ストアからCa²⁺放出を誘導する分子機構の理解が進展していった<ref name=Berridge1993><pubmed>8381210</pubmed></ref><ref name=Mikoshiba2007><pubmed>17697045</pubmed></ref> 。哺乳類のIns(1,4,5)P₃/IP₃受容体には、Ins(1,4,5)P₃結合親和性や発現組織分布に違いのあるIP₃R1/IP₃R2/IP₃R3の3種類が存在することも明らかになった（遺伝子名はそれぞれITPR1/ITPR2/ITPR3）<ref name=Furuichi1994><pubmed>7522674</pubmed></ref> 。

　イノシトール1,4,5-三リン酸（以下IP₃あるいはInsP3と略す）はイノシトール環（inositol ring）に3個のリン酸基が結合した代謝化合物である。イノシトール環がもつ6個の炭素（1～6位）のうち、特別に指定されなければ1、4、5位の3個の炭素にリン酸基が結合したイノシトール1,4,5-三リン酸を指す。InsP3/IP₃間で他の炭素の位置にリン酸基が結合するものと区別する場合には、1,4,5-IP₃（あるいはIns(1,4,5)P₃）や、1,3,4-IP₃（あるいはIns(1,3,4)P3）などとリン酸基が付く炭素の位置を明記する必要がある。

　ホスホリパーゼC（phospholipase C、略称：PLC）によるPIP₂の加水分解は、ホスファチジルイノシトール（phosphatidylinositol、略称：PtdInsあるいはPI）／ホスホイノシタイド（phosphoinositide）の代謝回転（turnover）の一種である。これによって、細胞質性（可溶性）のIP₃と膜結合性のジアシルグリセロール（sn-1,2-diacylglycerol、略称：DAG、DG）の2種類の二次メッセンジャーが産生される。膜から遊離するIP₃は細胞内Ca²⁺シグナル伝達カスケード<ref name=Berridge1993><pubmed>8381210</pubmed></ref><ref name=Berridge1989><pubmed>2550825</pubmed></ref> の、膜成分のDAGはプロテインキナーゼC（protein kinase C、略称：PKC）リン酸化シグナル伝達カスケード<ref name=Nishizuka1988><pubmed>3045562</pubmed></ref> の、それぞれ引き金となる。

　PLC-&beta;タイプの活性化経路<ref name=Taylor1991><pubmed>1707501</pubmed></ref> （'''図2'''➊～➍）：古典的神経伝達物質や神経ペプチドなどの一次メッセンジャーが、ヘテロ三量体型Gタンパク質（heterotrimeric G protein; &alpha;/&beta;/&gamma;サブユニットの複合体）のG&alpha;q/11タイプに共役したGタンパク質共役型受容体（G protein-coupled receptor、略称：GPCR；あるいは代謝型受容体〔metabotropic receptor〕とも呼ぶ）（➊）に作用することで、GTP結合型G &alpha;サブユニット（➋）が&beta;&gamma;サブユニットと解離し、次いでエフェクター酵素であるPLC-&beta;タイプ（➌）が解離したGTP結合型Gサブユニット（GTP-G&alpha;）と結合することで活性化され、PIP₂の加水分解が起きる（➍）。

　PLC-&gamma;タイプの活性化経路<ref name=Kim1991><pubmed>1708307</pubmed></ref><ref name=Wahl1988><pubmed>2457254</pubmed></ref> （'''図2'''①～④）：神経栄養因子、成長因子、サイトカインなどの一次メッセンジャーが、受容体型チロシンキナーゼ（receptor tyrosine kinase、略称：RTK）（①）に作用することで、細胞内ドメインのチロシンキナーゼが活性化されて自己チロシンリン酸化が起き（②）、次いでエフェクター酵素であるPLC-&gamma;タイプがRTKのリン酸化チロシン（Y-P）に結合することで（PLC-&gamma;はY-Pと特異的に結合するSH2ドメインをもつ）、PLC-&gamma;もチロシンリン酸化を受けて活性化され（③）、PIP₂の加水分解が起きる（④）。

　この他に、PLC-&beta;2/3はGタンパク質の&beta;&gamma;サブユニットとの結合によって（PLC-&beta;1も弱く結合）<ref name=Rhee1997><pubmed>9182519</pubmed></ref> 、PLC-&delta;タイプは細胞内Ca²⁺濃度（[Ca²⁺]i）の増加によって<ref name=Allen1997><pubmed>9359428</pubmed></ref> 、PLC-&epsilon;タイプは低分子量GTPaseのGTP結合型Ras/Rap<ref name=Kelley2001><pubmed>11179219</pubmed></ref><ref name=Song2001><pubmed>11022048</pubmed></ref> やGTP結合型Rho<ref name=Seifert2004><pubmed>15322077</pubmed></ref> によって、それぞれ活性化される。PLC-&eta;の活性化機構は未定であるが、Ca²⁺感受性が高く、G&beta;&gamma;サブユニットとの結合によって活性化すると推測されている<ref name=Nakahara2005><pubmed>15899900</pubmed></ref> 。PLC-&zeta;は精子に含まれ、Ca²⁺感受性が高く、受精卵内でのCa²⁺振動に関与する<ref name=Saunders2002><pubmed>12117804</pubmed></ref> 。

　IP₃シグナルの細胞内における時空間的特性には、一次メッセンジャーが作用する細胞膜近傍におけるPI代謝と、その後のイノシトールポリリン酸（inositol polyphosphate）代謝活性が主に寄与する（'''図3'''）。産生後のIP₃は、主にイノシトールポリリン酸5-ホスファターゼ（inositol polyphosphate 5-phosphatase、略称：INPP5）によるイノシトール環5位の脱リン酸化によってIP2（イノシトール1,4-二リン酸：Ins(1,4)P₂）か、IP₃ 3-キナーゼ（inositol 1,4,5-trisphospate 3-kinase、略語：IP₃K）やイノシトールポリリン酸マルチキナーゼ（inositol polyphosphate multikinase、略称：IPMK）による3位のリン酸化によってIP4（イノシトール1,3,4,5-四リン酸：Ins(1,3,4,5)P₄）に代謝される。

　IP₂は、イノシトールモノホスファターゼ（inositol monophosphatase、略称：IMPA）やイノシトールポリリン酸1-ホスファターゼ（inositol polyphosphate 1-phosphatase、略称：INNP1）によってさらに脱リン酸化を受けて、myo-イノシトールまで代謝される。myo-イノシトールは、ホスファチジルイノシトール合成酵素（phosphatidylinositol synthetase、略称：PIS）によって、小胞体（ER）膜で合成される中間体リン脂質のCDP-ジアシルグリセロール（CDP-DAG）と結合することで、再びPI合成のサイクルへ組み込まれる。気分安定薬としての薬理作用をもつリチウム（lithium、Li）<ref name=Harwood2005><pubmed>15558078</pubmed></ref> は、IMPA1やINNP1を阻害し脱リン酸化を抑制するため<ref name=Dollins2021><pubmed>33172890</pubmed></ref> 、myo-イノシトールの供給が抑制される。結果としてPI合成が低下し、IP₃の産生とその下流のIICRへも影響が及ぶと考えられる。

　IP₄は、INPP5への親和性が高く競合阻害によってIP₃の脱リン化を抑制する効果や、IP₃受容体へのアゴニスト効果などが知られている。また、IP₄は、IMPAによるイノシトール環6位のリン酸化でIP₅（イノシトール1,3,4,5,6-五リン酸inositol pentakisphosphate、略称：Ins(1,3,4,5,6)P₅）へ、次いでIP₅がイノシトール五リン酸2-キナーゼ（inositol 1,3,4,5,6-pentakisphosphate 2-kinase、略称：IP₅K）による6位のリン酸化でIP₆（イノシトール六リン酸inositol hexakisphosphate、略称：InsP6）へと代謝が進む。IP₅とIP₆は、さらに高エネルギーリン酸結合をもつイノシトールピロリン酸（inositol pyrophosphate、略称：PP-InsP）を合成する基質となる（それぞれ5-PP-IP₄、5-PP-IP₅や1-PP-IP₅など）<ref name=Chakraborty2011><pubmed>21878680</pubmed></ref><ref name=Irvine2001><pubmed>11331907</pubmed></ref><ref name=Laha2021><pubmed>33422459</pubmed></ref><ref name=Lee2012><pubmed>23050966</pubmed></ref><ref name=Mulugu2007><pubmed>17412958</pubmed></ref> 。PP-InsPは、クロマチンリモデリングや遺伝子発現、膜輸送、インスリン分泌、成長因子・サイトカイン経路、アポトーシス、ドーパミン放出などに関連する事例が報告されている<ref name=Chakraborty2011><pubmed>21878680</pubmed></ref><ref name=Lee2007><pubmed>17412959</pubmed></ref><ref name=Monserrate2010><pubmed>20359876</pubmed></ref> 。

　IP₃のシグナルとしての直接的な作用点は（基質となる代謝酵素などを除けば）IP₃受容体（以下IP₃Rと略す）で、IP₃RはIP₃の主標的である（'''図2'''）<ref name=Ferris1989><pubmed>2554143</pubmed></ref><ref name=Maeda1990><pubmed>2153079</pubmed></ref><ref name=Ross1989><pubmed>2542801</pubmed></ref> 。すなわち、IP₃の第一のシグナル特性は、下流の標的分子がただ一つしかない点である。通常、複数の標的分子をもつ他の二次メッセンジャー（cAMP、cGMP、DAG、Ca²⁺、NOなど）とは際立ったシグナル特性である。

　IICRによって、IP₃が媒介する情報がCa²⁺へと受け継がれる（'''図2'''）。すなわち、IP₃の第二のシグナル特性は、唯一の標的分子（IP₃R）しかないIP₃が、二次メッセンジャーのCa²⁺へ情報を橋渡しすることによって、多種多様な標的分子の活性を正や負に調節する多機能性と、カルモジュリン（calmodulin, CaM）と結合（1つのCaMに4個のCa²⁺が結合）することでCa²⁺/CaM依存性の新たな標的分子に作用することが可能となる融通性を有する細胞内Ca²⁺シグナル伝達の引き金となることである<ref name=Wayman2008><pubmed>18817731</pubmed></ref> 。IP₃Rは、一つの標的しか持たないIP₃から、最もユニバーサルなシグナル（universal signal）と称されるCa²⁺へのシグナル変換装置としてはたらく<ref name=Furuichi1995><pubmed>7861177</pubmed></ref> 。

　IP₃感受性の細胞内Ca²⁺ストアとしてはたらくのは、主に滑面小胞体（smooth endoplasmic reticulum、略称：sER）である<ref name=Otsu1990><pubmed>2168812</pubmed></ref><ref name=Ross1989><pubmed>2542801</pubmed></ref> 。sER膜上にある筋小胞体Ca²⁺ポンプ（sarcoplasmic reticulum Ca²⁺ ATPase、SERCA）によって、細胞質内Ca²⁺が能動輸送によってsER内腔へ取り込まれる（'''図2'''）（内腔Ca²⁺濃度は数100 -&micro;M～数mM）。IP₃RはsER膜に局在するIP₃リガンド開口性の細胞内Ca²⁺放出チャネル（IP₃-gated intracellular Ca²⁺ release channel）としてはたらく<ref name=Furuichi1995><pubmed>7861177</pubmed></ref><ref name=Furuichi1989><pubmed>2554142</pubmed></ref><ref name=Woll2022><pubmed>34280054</pubmed></ref> 。4量体の巨大な膜タンパク質複合体を形成し、細胞質側に伸びるN末端側に4つのIP₃リガンド結合ドメインをもち<ref name=Bosanac2002><pubmed>12442173</pubmed></ref><ref name=Miyawaki1991><pubmed>1647021</pubmed></ref><ref name=Yoshikawa1996><pubmed>8663526</pubmed></ref> 、IP₃結合による構造変化によってC末端側の膜貫通ドメインにあるチャネルポアが開口し<ref name=Hamada2017><pubmed>28416699</pubmed></ref> 、sER内腔のCa²⁺を細胞質へと放出する。リガンド結合ドメインにIP₃と競合的に結合するIRBITタンパク質が知られており（リン酸化アミノ酸がIP₃結合配列と相互作用する）、IP₃Rチャネル活性を阻害する<ref name=Ando2006><pubmed>16793548</pubmed></ref> 。

　IICRによってストア内のCa²⁺（約400 M <ref name=Collins2011><pubmed>21288721</pubmed></ref> ）が枯渇すると、容量依存的Ca²⁺流入（capacitive Ca²⁺ entry, CCE）が誘導され、この際Ca²⁺放出活性化Ca²⁺電流 (Ca²⁺ release activated Ca²⁺ current ; ICRAC) が発生する<ref name=Putney1990><pubmed>1965707</pubmed></ref> 。CCEは、IICR後のCa²⁺シグナルの持続性には必須であり、特に電位依存性Ca²⁺チャネルなどをもたない非興奮性細胞においては、ストアのCa²⁺容量の減少分を補充する重要な現象である。CCEにはたらくチャネルはストア作動性チャネル（store-operated channel, SOC）やICRACチャネルと呼ばれた<ref name=Putney2007><pubmed>17349691</pubmed></ref> 。その後、ストア内Ca²⁺レベルをCa²⁺センサータンパク質のSTIM（STIM1/STIM2の2種類）が検知し、その情報をタンパク質間相互作用によって受容する細胞膜チャネルORAI（ORAI1/ORAI2/ORAI3の3種類）がCa²⁺流入を引き起こすCCEの分子機構が明らかになった<ref name=Cahalan2009><pubmed>19488056</pubmed></ref><ref name=Collins2011><pubmed>21288721</pubmed></ref><ref name=Derler2016><pubmed>26825122</pubmed></ref><ref name=Niemeyer2016><pubmed>26911279</pubmed></ref><ref name=Soboloff2012><pubmed>22914293</pubmed></ref> 。

　IP₃Rを介するIICRは、興奮性と非興奮性を問わず、広範な細胞タイプにおける多彩な生命現象や神経疾患などではたらく細胞内Ca²⁺シグナル伝達に関与している<ref name=Berridge1998><pubmed>9697848</pubmed></ref><ref name=Berridge1989><pubmed>2550825</pubmed></ref><ref name=Hisatsune2017><pubmed>28211945</pubmed></ref><ref name=Matsumoto1996><pubmed>8538767</pubmed></ref><ref name=Mikoshiba2007><pubmed>17697045</pubmed></ref> 。もう一つの細胞内Ca²⁺放出現象には、リアノジン受容体（ryanodine receptor、略語：RyR；RyR1/RyR2/RyR3の3種類）によるCa²⁺誘導Ca²⁺放出（Ca²⁺-induced Ca²⁺ release、略語：CICR）がある <ref name=Furuichi1994><pubmed>7522674</pubmed></ref><ref name=Takeshima1989><pubmed>2725677</pubmed></ref><ref name=Woll2022><pubmed>34280054</pubmed></ref> 。RyRによるCICRは、Ca²⁺シグナルの増幅にはたらき、IICRと共同して細胞内Ca²⁺動態に重要な役割をもつ<ref name=Berridge1993><pubmed>8381210</pubmed></ref> 。IP₃の他に細胞内ストアからのCa²⁺動員のメッセンジャーとしてはたらく代謝化合物には、cADPリボース（cyclic adenosine diphosphate ribose, cADPR）とニコチン酸アデニンジヌクレオチドリン酸（nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate, NAADP）がある。いずれも補助分子を介してCa²⁺動員を媒介すると考えられている<ref name=Berridge2003><pubmed>12838335</pubmed></ref><ref name=Marchant2022><pubmed>34810081</pubmed></ref> 。cADPRはRyRによるCICRを媒介するが、NAADPは2孔型チャネルTPC（two-pore channel）による酸性オルガネラ（エンドソームやリソソーム）（IICR/CICRとは異なるCa²⁺ストア）からのCa²⁺放出を媒介する<ref name=Calcraft2009><pubmed>19387438</pubmed></ref><ref name=Marchant2022><pubmed>34810081</pubmed></ref><ref name=Ogunbayo2011><pubmed>21216967</pubmed></ref> 。

　IP₃シグナルが標的のIP₃Rに作用する有効濃度は、細胞・組織やIP₃Rのタイプによるが、例えば発現させたIP₃結合ドメインのIP₃結合親和性（Kd）が10～100 nMオーダー<ref name=Iwai2007><pubmed>17327232</pubmed></ref><ref name=Iwai2005><pubmed>15632133</pubmed></ref> であることや、精製したIP₃R1タンパク質や発現させたIP₃R1タンパク質の単一チャネル記録での開口確率（open probability）から推定されるIP₃感受性（kInsP3）が、それぞれ220 nM <ref name=Michikawa1999><pubmed>10482245</pubmed></ref> と100～400 nM <ref name=Tu2005><pubmed>15533917</pubmed></ref> との報告から、おおよそsub-micromolarのIP₃濃度が十分にIICRを引き起こすシグナル濃度に相当すると考えられる。但し、アフリカツメガエル卵母細胞では、数pMのIP₃注入で要素的なIICRが起きるとの報告もあり<ref name=Demuro2015><pubmed>26344104</pubmed></ref> 、in vitroとin vivoのアッセイ方法、あるいは細胞によって違いがある可能性はある。

　一方、IP₃については、産生されて代謝によって低減するまでの間、シグナルとして機能する。アフリカツメガエル卵母細胞を用いた先駆的な研究によって、IP₃は通常サイズの細胞では産生される細胞膜付近から細胞内のほぼ全域まで、シグナルとしての濃度レベルを保って拡散することができる長寿命で広域的な（グルーバルな）メッセンジャー（long-lived global messenger）と提案された。脂質メディエーターであるリゾホスファチジン酸（lysophosphatidic acid, LPA）のGPCRを刺激して数分以内に、卵母細胞内のIP₃濃度が10 nMオーダーから数&micro;Mオーダーへ増加することが示された<ref name=Luzzi1998><pubmed>9786859</pubmed></ref> 。卵母細胞の抽出液中で測定されたIP₃の拡散定数（diffusion coefficient [D]）が280 &micro;m2/sに対して遊離Ca²⁺が13~65 &micro;m2/s（Ca²⁺を90 nMから1 &micro;Mに増加した時のD値）（IP₃が4～20倍以上の拡散定数をもつ）、IP₃の有効時間が1 sに対して遊離Ca²⁺は30 &micro;s（IP₃が5桁長い有効時間をもつ）（結合Ca²⁺は1 sとIP₃と同等）、また拡散範囲はIP₃が24 &micro;mに対して遊離Ca²⁺は0.1 &micro;m（IP₃が3桁広い拡散範囲をもつ）（結合Ca²⁺は5 &micro;mとIP₃の約1/5）であることも示された<ref name=Allbritton1992><pubmed>1465619</pubmed></ref>（'''表1'''）。

　こうした研究報告から、Ca²⁺と比較して、IP₃はグローバルメッセンジャーと考えられてきた。また、マウス神経芽細胞腫株N1E-115では、カルバコールでアセチルコリン受容体を刺激刺激して産生されるIP₃の半減期が約9 sとの報告もある<ref name=Wang1995><pubmed>7730788</pubmed></ref> 。その後、ヒト神経芽細胞腫株SH-SY5Yを用いたケージドIP₃の光解離で誘導されるCa²⁺パフ（puff）（ストア上に散在するIP₃Rチャネルクラスター単位で起きる要素的なCa²⁺放出[elementary Ca²⁺ release]）では、IP₃の拡散定数は≤10 m2/sec（アフリカツメガエル卵母細胞での遊離Ca²⁺のDに匹敵）で推定される作用範囲も< 5 &micro;mと、典型的な哺乳類細胞のサイズよりもやや小さいことから、IP₃もローカルメッセンジャーとしてはたらくと報告された<ref name=Dickinson2016><pubmed>27919026</pubmed></ref>（'''表1'''）。

　ニューロンは神経伝達物質や神経栄養因子などをシナプスなどの特定の細胞部位で受容してPIP₂加水分解が起きるため、この場合のIP₃シグナルは局所的である。また、ポストシナプス‐樹状突起－細胞体、そして核膜近傍に至るまで、IP₃Rが局在できるsERネットワークは分布しており、IP₃シグナルの持続性に応じた（また、次項で述べるCa²⁺によるIP₃Rの二相性の調節も関係した）時空間的なIICRによるCa²⁺伝播が、細胞応答や遺伝子発現の制御に関係する知見が得られている<ref name=Berridge1998><pubmed>9697848</pubmed></ref> 。

　電位依存性Ca²⁺チャネルや、NMDA型グルタミン酸受容体のようなリガンド開口性Ca²⁺透過チャネル（ligand-gated Ca²⁺ permeable channel）などによる細胞外からのCa²⁺流入（Ca²⁺ influx）では、細胞膜のチャネルポア付近を起点としてCa²⁺濃度勾配の局所性が生じ、またCa²⁺スパイク（Ca²⁺ spike）などの動態が見られたりする。一方、IP₃によって誘導される細胞内からのCa²⁺放出（Ca²⁺ release）では、細胞体から神経突起やスパインなどへも連なるCa²⁺ストア（sER）のネットワーク上にIP₃Rが異なった密度で局在するため、局在部を起点としたCa²⁺濃度の勾配と局所性が生じる。IP₃Rのチャネル開口にはIP₃と共にCa²⁺もコアゴニスト（co-agonist）として必要である。

　一定のIP₃濃度（[IP₃]）下で、IICRにより上昇した[Ca²⁺]iが至適濃度域（~200 nM）では正に（RyRのようなCICRモードで活性化）、高濃度域（>200 nM）では逆に負にフィードバック調節をする<ref name=Bezprozvanny1991><pubmed>1648178</pubmed></ref><ref name=Iino1990><pubmed>2373998</pubmed></ref><ref name=Parker1990><pubmed>2296584</pubmed></ref>（'''図4'''）。この放出Ca²⁺による二相性の調節も、IICRによる多彩なCa²⁺動態に関係している（負の調節はCa²⁺/CaMがIP₃Rに結合しチャネル活性を阻害することによる<ref name=Michikawa1999><pubmed>10482245</pubmed></ref> ）。ストア上のIP₃R/Ca²⁺放出チャネル（4量体の複合体）は、単独あるいは数個～10数個のクラスターで分布する（クラスターのIP₃Rチャネル数は細胞によって異なる）。細胞の種類やニューロンの細胞区画によって多様性はあるであろうが、一般的な動物細胞ではクラスターのIP₃Rチャネルは主に細胞膜近傍のストアにアンカーされて動かない定常状態で（核周辺との報告もある）、この他にIP₃Rチャネルはクラスター化せずに広く細胞質内のストアに動的な状態で点在しているとの考えがある<ref name=Lock2020><pubmed>32396066</pubmed></ref> 。個々のIP₃Rチャネルクラスター単位で起きるIICRの要素的な現象をCa²⁺パフ（Ca²⁺ puff）と呼ぶ（'''図4'''）（RyRによる類似した要素的な現象に心筋細胞で見られるCa²⁺スパーク[Ca²⁺ spark]がある）。低[IP₃]域では、単独あるいはクラスター中の一部のIP₃Rチャネルが確率論的にIICRを起こし、この現象はCa²⁺ブリップ（Ca²⁺ blip）と呼ぶ。中程度 [IP₃]域では、クラスターを構成するIP₃Rチャネルの同調した活性化によって、Ca²⁺ブリップより大きいCa²⁺パフが起きる（細胞と刺激の種類によるが、ヒスタミン処理したHeLa細胞では、ブリップのCa²⁺増幅が~30 nM、寿命が<0.5 s、拡散範囲が<2 &micro;mに対し、パフはそれぞれ~170 nM、~1 s、~4-7 &micro;mと大きい<ref name=Bootman1997b><pubmed>9080361</pubmed></ref> ）。上昇した[Ca²⁺]i域にある近傍IP₃Rは、放出Ca²⁺による正の制御によってCICRモードとなり、さらなる[Ca²⁺]iの上昇につながる。高[IP₃]域では、放出Ca²⁺による正の制御がさらに近位から遠位へと段階的に伝播し、細胞内に広がるストアネットワーク上のIP₃Rチャネルが連続的にCICRモードとなることで（また、低[IP₃]では不活性状態（silent）のIP₃Rが、高[IP₃]で活性化すると示唆されている）、グローバルなCa²⁺波（Ca²⁺ wave）などの複雑なCa²⁺動態が生み出されるモデルが提唱されている<ref name=Bootman1997><pubmed>9363945</pubmed></ref><ref name=Lock2020><pubmed>32396066</pubmed></ref><ref name=Parker1996><pubmed>8889202</pubmed></ref> 。

　細胞内には、nMからmMに至るまで100万倍の範囲で異なったCa²⁺親和性をもつ多くの標的タンパク質<ref name=Clapham2007><pubmed>18083096</pubmed></ref> が、局所的に存在している。こうしたCa²⁺で制御されるタンパク質の活性は、IICRによって生じるCa²⁺マイクロドメインの時空間的な動態で制御され<ref name=Clapham2007><pubmed>18083096</pubmed></ref> 、また異なった振幅(AM)や周波数(FM)のパターンをもつCa²⁺動態<ref name=Berridge1997><pubmed>9126727</pubmed></ref><ref name=Dolmetsch1997><pubmed>9126747</pubmed></ref><ref name=Li2012><pubmed>22962589</pubmed></ref><ref name=Parekh2011><pubmed>20810284</pubmed></ref><ref name=Smedler2014><pubmed>24269537</pubmed></ref> によっても多様に制御される（例えば、MAPKとCaMKII を活性化するCa²⁺振動の周波数域に違いがあり<ref name=Smedler2014><pubmed>24269537</pubmed></ref> 、カルシニューリンとCaMKIIを活性化する周波数域と増加Ca²⁺総量にも違いがある<ref name=Li2012><pubmed>22962589</pubmed></ref> ）。このように、IICRによる細胞内Ca²⁺動態の多様性と、標的タンパク質がもつCa²⁺親和性と細胞内分布の多様性が、多くの細胞機能ではたらく多彩なIP₃/Ca²⁺シグナル伝達に関係している<ref name=Augustine2003><pubmed>14556712</pubmed></ref><ref name=Berridge1998><pubmed>9697848</pubmed></ref><ref name=Clapham2007><pubmed>18083096</pubmed></ref> 。また、CaM結合Ca²⁺（CaM-bound Ca²⁺）になることで、遊離Ca²⁺よりも長寿命シグナルとなり、新たにCa²⁺/CaM依存性の標的分子へ作用できる適応性や融通性も増すことができる<ref name=Clapham2007><pubmed>18083096</pubmed></ref> 。

　IP₃は、分子量1 kDa以下の電解質イオンや代謝物などを透過するギャップ結合（gap junction）を通過することができ、細胞間を伝播することで細胞間コミュニケーションのシグナルとしてもはたらき、アストロサイトの細胞間Ca²⁺波の誘導などに関係する<ref name=Decrock2012><pubmed>22117194</pubmed></ref><ref name=Leybaert2012><pubmed>22811430</pubmed></ref> 。

　PLC-のイノシトールリン脂質結合に寄与するPleckstrin homology (PH)ドメインや、IP₃受容体のIP₃リガンド結合ドメイン<ref name=Yoshikawa1996><pubmed>8663526</pubmed></ref> を利用して、蛍光タンパク質と融合させた組換えIP₃センサーが開発されている（'''表2'''）。

| LIBRA || Rat<br>IP₃R1/2/3 IP₃BD || Kd=117.2～491.5 nM || FRET<br>CFP/YFP<br>CFP/Venus || <ref name=Tanimura2004><pubmed>15272011</pubmed></ref> , <ref name=Tanimura2009><pubmed>19158094</pubmed></ref>  

| IRIS || Mouse<br>IP₃R1 IP₃BCD || Kd=47～550 nM || FRET<br>Venus/YFP || <ref name=Matsu-ura2006><pubmed>16754959</pubmed></ref> , <ref name=Matsu-Ura2019><pubmed>30886280</pubmed></ref>  

　マウスIP₃R1の高親和性IP₃リガンド結合コアドメイン<ref name=Yoshikawa1996><pubmed>8663526</pubmed></ref><ref name=Yoshikawa1999><pubmed>10208862</pubmed></ref> を発現させ、細胞質内のIP₃を結合で吸収することで、IP₃シグナル伝達の抑制を目的とした組換えタンパク質IP₃スポンジ（IP₃ sponge）<ref name=Uchiyama2002><pubmed>11741904</pubmed></ref> と、これを適用したIP₃ spongeトランスジェニックマウス<ref name=Tanaka2013><pubmed>23356992</pubmed></ref> が開発されている。