A protein foszforiláció és defoszforiláció a szabályozási folyamatok fontos elemei az összes eukarióta szervezetben. Az úgynevezett foszfoprotein foszfatázok (PPP) csoportja a fehérjék Ser és Thr oldalláncáról távolítja el a foszfátcsoportot. A PPP család biokémiai módszerekkel azonosított klasszikus tagokat és olyan új típusú foszfatázokat is magában foglal, amelyek felfedezése molekuláris biológiai vagy genetikai módszerekkel történt. A Drosophila melanogaster genomjában 19 PPP katalitikus alegységet kódoló gént azonosítottam. Az új típusú foszfatázok közül hét Drosophila-specifikusnak bizonyult. A nemrég kialakult CG11597 a D. melanogaster minden fejlődési stádiumában kifejeződött. Ezzel ellentétben a PpD5, PpD6, Pp1-Y1 és Pp1-Y2 csak bábokban és a kifejlett egyedek tesztiszében íródott át, hasonlóan a korábban már leírt PpY-55A és PpN58A génekhez. A PpD5, Pp1-Y1 és a PpY-55A mRNS-ét a fejlődő cisztasejtekben, míg a PpD6 transzkriptumát a hosszabbodó spermatidák disztális végén azonosítottuk in situ hibridizációval. Az utóbbi lokalizációja alapján a PpD6 az egyike lehet a D. melanogaster kevés posztmeiotikusan átíródó génjeinek. A 12 Drosophila faj genomszekvenciáját felhasználva nyomon követtük a PPP katalitikus alegységek evolúcióját. A rovarok PPP készletéhez képest a géncsalád jelentős kibővülését figyeltük meg. Megállapítottuk, hogy a Drosophilidae család 18-22 PPP génje abból a 8 alapvető foszfatázból fejlődött ki, melyek a rovarfajok többségében is jelen van. Retropozíciók és az ezeket követő duplikációk kibővítették a foszfatáz génkészletet, a szórványos génvesztések pedig hozzájárultak a PPP készlet fajspecifikus változatosságához. A vizsgálataink során 5, eddig nem jellemzett foszfatáz retrogént sikerült azonosítanunk (PpY+, PpD5+, PpD6+, Pp4+, Pp6+), amelyek csak néhány ősi Drosophila fajban találhatók meg. Igazoltuk, hogy ezek az új PPP gének a D. melanogaster-ben vizsgált új típusú foszfatázokhoz hasonlóan szintén egyértelmű hím-specifikus expressziót mutatnak. Az eredményeink tehát alátámasztják az „out of testis” hipotézist, amely szerint az új funkcionáló retrogének előnyben részesítik a hímivarszervekben történő expressziót. Azt is igazoltuk, hogy az új típusú, hím-specifikusan expresszálódó foszfatázok szekvenciája sokkal gyorsabban változott, mint a klasszikus foszfatázoké. Tehát eredményeink megerősítik a „faster male” hipotézist. A gének számbeli változásán túl az intron-exon szerkezet és számos PPP retrogén kromoszómális lokalizációja is változott az evolúció során. A kódoló régiók G-C tartalma csökkent, amikor az adott gén az Y kromoszóma heterokromatikus régiójába vándorolt. Tehát elmondható, hogy a PPP enzimek különböző típusú dinamikus genomátrendeződéseit az új funkcionális retrogének molekuláris evolúciója kísérte a Drosophilidae családban.

Protein phosphorylation and dephosphorylation are common gears of regulation in all eukaryotic organisms. The group of the so-called phosphoprotein phosphatases (PPP) removes the phosphate from the Ser and Thr residues of proteins. The PPP family comprises classical members that were identified by biochemical assays and novel enzymes that were discovered by molecular biology or genetic approaches. In the genome of Drosophila melanogaster we have identified 19 phosphoprotein phosphatase (PPP) catalytic subunit coding genes. Seven of the novel members of the gene family turned out to be Drosophila-specific. CG11597 is a recently evolved gene that is expressed during all stages of morphogenesis in D. melanogaster. In contrast, transcription of the PpD5, PpD6, Pp1-Y1, and Pp1-Y2 genes is restricted to the pupa and imago developmental stages and to the testes of the males, just as that of the previously characterized PpY-55A and PpN58A. The mRNA of PpD5, Pp1-Y1, and PpY-55A were detected in the developing cysts by in situ hybridization, in contrast with the PpD6 transcript that was found in the distal ends of elongating spermatids. The localization suggests that PpD6 is one of the few post-meiotically transcribed genes in D. melanogaster. Based on the genome sequences of 12 Drosophila species we traced the evolution of the PPP catalytic subunits. We noted a substantial expansion of the gene family. We concluded that the 18-22 PPP genes of Drosophilidae were generated from a core set of 8 indispensable phosphatases that are present in most of the insects. Retropositions followed by local gene duplications extended the basic phosphatase repertoire, and sporadic gene losses contributed to the species specific variations in the PPP complement. During the course of these studies we identified 5 up till now uncharacterized phosphatase retrogenes: PpY+, PpD5+, PpD6+, Pp4+, and Pp6+, which are found only in some ancient Drosophila species. We demonstrated that all of these new PPP genes exhibit a distinct male specific expression. Our data support the “out of testis” hypothesis suggesting that the new functional retrogenes are preferentially transcribed in the male gonads. We have also proved that the sequence of novel, male-specific phosphatases changed more rapidly than that of the classical phosphatases, thus our results support the “faster male” hypothesis. In addition to the changes in gene numbers, the intron-exon structure and the chromosomal localization of several PPP retrogenes was also altered during evolution. The G-C content of the coding regions decreased when a gene moved into the heterochromatic region of Y chromosome. In conclusion, the PPP enzyme family exemplifies the various types of dynamic genome rearrangements that accompany the molecular evolution of the novel retrogenes in Drosophilidae.