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CDP-コリン経路は、 1956年にユージン・P・ケネディによって初めて同定され、哺乳類細胞が膜や脂質由来シグナル伝達分子に組み込むためのホスファチジルコリン（PC）を合成する主要なメカニズムである。 [ 1 ] [ 2 ] CDP-コリン経路は、ケネディ経路として知られるものの半分を占める。もう半分は、リン脂質ホスファチジルエタノールアミン（PE）の生合成を担うCDP-エタノールアミン経路である。[ 1 ]
CDP-コリン経路は、細胞への外因性コリンの取り込みから始まります。最初の酵素反応はコリンキナーゼ（CK）によって触媒され、コリンのリン酸化によってホスホコリンが生成されます。ホスホコリンは、律速酵素であるCTP:ホスホコリンシチジルトランスフェラーゼによって触媒されるCTPの付加によって活性化され、 CDP-コリンが生成されます。この経路の最終段階では、コリン/エタノールアミンホスホトランスフェラーゼ（CEPT）によって触媒される、ジアシルグリセロール（DAG）骨格へのコリンヘッドグループの付加によってPCが生成されます。[ 1 ]
ホスファチジルコリンは、ホスホリパーゼによって作用を受け、様々な代謝産物を生成する。
哺乳類細胞は生理的要求を満たすのに十分な量の新規コリンを合成することができないため、食事からの外因性供給源に頼らなければならない。コリンの取り込みは主に高親和性ナトリウム依存性コリン輸送体（CHT）によって行われ、エネルギー源としてATPを必要とする。一方、コリンは低親和性ナトリウム非依存性有機カチオン輸送タンパク質（OCT）および/またはカルニチン/有機カチオン輸送体（OCTN）の活性化を介して細胞内に入ることもあり、ATPを必要としない。最後に、コリンはコリン輸送体様タンパク質1 （CTL1）を含む中親和性輸送体を介して細胞内に入ることもある。[ 3 ]
細胞内に取り込まれたコリンの運命は、細胞の種類によって異なる。シナプス前ニューロンでは、コリンの大部分はコリンアセチルトランスフェラーゼという酵素によってアセチル化され、神経伝達物質であるアセチルコリンが生成される。その他のほとんどの細胞では、コリンキナーゼという酵素によってコリンがリン酸化される。これは、CDP-コリン経路の最初の律速段階である。
コリンキナーゼ（CK）は、以下の反応を触媒する細胞質タンパク質である。 [ 1 ]： 418
コリンのリン酸化に加えて、CKは別の重要なグリセロリン脂質であるホスファチジルエタノールアミンの前駆体であるエタノールアミンもリン酸化することが示されている。CKはα1、α2、またはβサブユニットのいずれかからなる二量体として機能する。各CKアイソフォームは組織全体に広く発現しているが、CKαは精巣と肝臓に多く、CKβは肝臓と心臓に多く存在する。CKαのホモ接合性欠失は約5日後に胚致死となるが、CKβの欠失は致死とならない。
通常、コリンキナーゼはCDP-コリン経路の律速段階ではない。しかし、急速に分裂する細胞では、PC合成の需要増加に伴い、CKの発現と活性が増加する。
CTP:ホスホコリンシチジルトランスフェラーゼ（CCT）は、この経路の律速酵素であり、核/細胞質酵素で、以下の反応を触媒します。[ 1 ]： 422
CCTは、それぞれPcyt1aとPcyt1bによってコードされるαサブユニットとβサブユニットの二量体として機能します。CCTαは、核局在シグナル（NLS）、αヘリックス膜結合ドメイン、触媒ドメイン、リン酸化ドメインの4つのドメインを持っています。αアイソフォームとβアイソフォームの主な違いは、CCTβにはNLSがないため、CCTβは主に細胞質に存在することです。一方、CCTαにはNLSが存在するため、主に核に存在します。CCTαは、核（不活性と考えられている）と細胞質の間を移動し、細胞質では膜と結合し、脂質活性化因子に応答して、またはPC需要が高い細胞周期の進行中に活性化されます。
CCTαは両親媒性酵素であり、不活性な可溶性形態と活性な膜結合形態の2つの形態で存在します。CCTαが膜に結合するかどうかは、膜の相対的な組成によって大きく左右されます。膜中のホスファチジルコリン（PC）が少なく、陰イオン性脂質、ジアシルグリセロール、またはホスファチジルエタノールアミンが比較的豊富である場合、CCTは膜結合ドメインを介して膜二重層に挿入されます。この結合により、触媒ドメインに対する自己阻害的な制約が解除され、ホスホコリンに対するKm値が低下します。
CDP-コリン経路の最後の酵素反応であるコリン/エタノールアミンホスホトランスフェラーゼ（CEPT）、またはコリンホスホトランスフェラーゼ（CPT）は、以下の反応を触媒します。 [ 1 ]： 423
CDP-コリン経路の最終段階は、CPTまたはCEPTによって触媒され、それぞれゴルジ体または小胞体に局在する。CPTとCEPTは、60%の配列類似性を持つ別々の遺伝子によってコードされている。どちらのアイソフォームも7つの膜貫通セグメントと、CDP-アルコール結合に必要な触媒ドメイン付近のαヘリックスを含んでいる。
CPTはCDP-コリンのみを認識するのに対し、CEPTはCDP-コリンとCDP-エタノールアミンの両方を認識する。この二重特異性の理由は完全には解明されていない。CEPTはPC合成の大部分を担う酵素であると考えられており、CPTはゴルジ体において重要なセカンドメッセンジャーである前駆体DAGのレベルを制御する役割を担っている可能性がある。
CPTもCEPTも速度制限要因とは考えられていないが、DAGが制限されている場合はどちらも速度制限要因となる可能性がある。