人源(d)CTP脱氨酶CDADC1的结构与功能解析：脊椎动物特有核苷酸代谢新机制

这篇研究首次揭示了脊椎动物特有蛋白CDADC1作为(d)CTP特异性脱氨酶（deaminase）的催化机制，通过冷冻电镜（cryo-EM）解析其无配体状态及与dCTP/5-甲基-dCTP（5mdCTP）复合物的高分辨率结构，阐明其通过三聚体-六聚体动态转换实现底物选择性与协同性调控的独特模式。研究发现CDADC1虽与细菌DCD（dCTP deaminase）功能相似，但具有完全不同的结构特征，且在敲除小鼠（KO）中与Dctd（dCMP deaminase）双敲除仍无显著表型，暗示脊椎动物核苷酸代谢网络的冗余性。

　　

结构与活性特征
人源CDADC1是一种由514个氨基酸组成的双结构域蛋白，包含N端失活结构域（NTD）和C端催化结构域（CTD）。NTD因HAG基序（替代保守的HAE）及E157阻塞锌离子（Zn²⁺）位点而丧失催化功能，而CTD通过HAE基序和PCxxC基序形成活性中心，特异性识别dCTP和CTP，对dCTP的偏好性（K_half=0.2 mM）约为CTP的3.5倍。冷冻电镜结构显示，CDADC1在溶液中以三聚体和六聚体（二聚化三聚体）动态平衡存在，其活性中心通过狭窄的胞嘧啶结合口袋及5个保守赖氨酸（K392/K423/K337/K452/K450）与三磷酸尾的静电相互作用实现底物选择。

底物诱导的构象重排
结合dCTP后，CDADC1发生级联构象变化：底物响应环（SRL, 373-390区）从无序状态折叠为稳定结构，通过R391-D454-R288静电网络与相邻原聚体相互作用，促使六聚体界面面积增加至1,130 ?²，形成紧密的活性六聚体。有趣的是，5-甲基-dCTP因Y457与C5甲基的立体冲突导致结合减弱，解释了其较低活性（k_cat仅为dCTP的1/3）。这种底物依赖性寡聚化机制与经典DCTD（如噬菌体T4 DCTD）通过别构位点调控活性的模式截然不同。

进化与功能悖论
CDADC1在脊椎动物中从DCTD样前体进化而来，但其催化机制更接近原核生物DCD（如锌非依赖型dCTP脱氨酶）。尽管生化实验证实CDADC1可高效生成dUTP（dTTP前体），但基因敲除小鼠（CKO）及CKO/Dctd双敲除（dKO）均未出现代谢异常、血液参数改变或生育缺陷，甚至与已报道的Dctd单敲除不育表型不符。这一现象暗示脊椎动物可能存在多条dUMP生成通路（如尿苷激酶 salvage pathway 或核糖核苷酸还原酶途径），或CDADC1在特定应激条件下（如病毒感染）才被激活。

未解的生理角色
尽管CDADC1在睾丸中高表达曾被推测与精子发生相关，但本研究未验证此假设。值得注意的是，癌症基因组数据（OncoDB）分析显示，CDADC1在病毒感染的恶性肿瘤（如HBV相关肝癌）中未显著上调，削弱了其参与抗病毒防御的假说。研究者推测，CDADC1可能作为“代谢安全阀”调节dCTP/CTP池平衡，但其在脊椎动物中的精确生理意义仍需进一步探索。

技术突破与局限
该研究通过超高液相色谱（UHPLC）和氨荧光检测建立了CDADC1动力学分析体系，并利用冷冻电镜首次解析了全长蛋白的2.4-3.0 ?分辨率结构。然而，低浓度下（0.06 μM）的质谱光度法（MP）显示六聚体易解离，提示其体内稳定性可能受局部浓度或伴侣蛋白调控。此外，未能检测到dTTP等代谢物对活性的影响，表明其调控机制可能独立于经典别构模型。

未来方向
后续研究可聚焦于CDADC1在DNA损伤响应或免疫激活中的作用，或通过条件性敲除模型揭示其在特定组织（如生殖系统）的功能。此外，比较不同脊椎物种（如鱼类与哺乳类）CDADC1的活性差异，或有助于理解其进化压力与适应性意义。