O ADN extracromosómico ou DNA extracromosómico (abreviado ADNec ou, en inglés, ecDNA) é o ADN que se encontra fóra dos cromosomas, xa sexa dentro ou fóra do núcleo dunha célula. A maior parte do ADN nun xenoma individual atópase formando parte dos cromosomas que nos eucariotas están contidos no núcleo. Existen múltiples formas de ADN extracromosómico e aínda que adoitan ter importantes funcións biolóxicas, tamén poden exercer un papel en enfermidades como o cancro.

En procariotas o ADN extracromosómico non viral atópase fundamentalmente en plásmidos, mentres que en eucariotas atópase esencialmente dentro de orgánulos. O ADN mitocondrial é a principal fonte deste tipo de ADN en eucariotas. O feito que este orgánulo conteña o seu propio ADN e que sexa circular apoia a hipótese de que as mitocondrias se orixinaron como células bacterianas fagocitadas e incorporadas (simbioxénese) ás células eucariotas ancestrais. O ADN extracromosómico utilízase a miúdo en investigacións sobre a replicación do ADN porque é doado de identificar e de illar. Non todos os plásmidos son circulares; algúns son lineais.

Aínda que o ADN extracromosómico circular (ADNecc ou, en inglés, eccDNA) se encontra de forma normal nas células eucariotas, o termo ADN extracromosómico (ADNec) tamén se usa para designar unha variante específica que comprende ADNs que foron identificados no núcleo das células cancerosas e portan moitas copias de posibles oncoxenes. Este ADNec considérase que é a maneira primaria de orixinar unha amplificación xénica, que dá lugar a múltiples copias de posibles oncoxenes e cancros moi agresivos. Nas células cancerosas, o ADNec íllase fundamentalmente no núcleo (ver).

O ADN extracromosómico que se encontra no citoplasma é estruturalmente diferente do ADN nuclear. O ADN citoplasmático está menos metilado que o nuclear. As secuencias do ADN citoplasmático son diferentes das nucleares nun mesmo organismo, polo que este ADN non pode ser simplemente un fragmento do ADN nuclear e debe ter outra orixe.

En bacterias atopáronse segmentos de ADN extracromosómicos monocatenarios non circulares que están unidos a un ARN e codifican unha reversotranscritase (ver retron), chamados ADN monocatenario multicopia.

Ademais do ADN que se atopou fóra do núcleo das células eucariotas, a infección por xenomas virais tamén dá lugar a outro exemplo de ADN extracromosómico.

Plásmidos procariotas

Aínda que os organismos procariotas non posúen un núcleo rodeado de membrana coma o dos eucariotas, conteñen unha rexión central chamada nucleoide na cal se encontra o seu gran cromosoma circular e superenrolado. Fóra desta rexión os procariotas poden ter pequenas moléculas de ADN circulares ou lineais chamadas plásmidos. Os plásmidos bacterianos son normalmente secuencias curtas, que constan dun cento a uns poucos centos de quilobases (kb), e conteñen unha orixe de replicación que lles permite replicarse independentemente do cromosoma bacteriano. Pode haber varios plásmidos diferentes nunha célula. Ademais, o número total de copias dun determinado plásmido nunha célula pode ser desde só dúas copias ata varios centos de copias por célula. Os plásmidos bacterianos circulares clasifícanse de acordo coas súas funcións especiais proporcionadas polos xenes que conteñen. Os plásmidos de fertilidade ou plásmidos f, permiten a conxugación bacteriana, mentres que os plásmidos de resistencia ou plásmidos r, conteñen xenes que lles dan resistencia a diversos antibióticos, como a ampicilina e a tetraciclina. Os plásmidos de virulencia conteñen os elementos xenéticos necesarios para que a bacteria sexa patóxena. Os plásmidos degradativos conteñen xenes grazas aos cales a bacteria pode degradar varias substancias como compostos aromáticos e xenobióticos. Os plásmidos bacterianos poden tamén funcionar na produción de pigmentos, a fixación do nitróxeno e a resistencia a metais pesados.

Os plásmidos circulares naturais poden modificarse para que conteñan múltiples xenes de resistencia e varios sitios de restrición únicos, o que os converte en ferramentas moi valiosas como vectores de clonación en biotecnoloxía. Os plásmidos bacterianos circulares son tamén a base da produción de vacinas de ADN. As vacinas de ADN de plásmido son preparadas por enxeñaría xenética para que conteñan un xene que codifica un antíxeno ou unha proteína producida por un virus patóxeno, unha bacteria ou outro parasito. Unha vez entregada a vacina no corpo do hóspede, os produtos dos xenes do plásmido estimularán a resposta inmunitaria innata e a resposta inmunitaria adaptativa do hóspede. Os plásmidos adoitan cubrirse con algún tipo de adxuvante antes da súa entrega para potenciar a resposta inmunitaria do hóspede.

Identificáronse plásmidos bacterianos lineais en varias especies de bacterias espiroquetas, como nas do xénero Borrelia (ao que pertence a especie que causa a enfermidade de Lyme), varias especies de bacterias do solo grampositivas do xénero Streptomyces, e especies gramnegativas como Thiobacillus versutus, unha bacteria que oxida o xofre. Os plásmidos lineais dos procariotas poden conter un bucle en forquita ou unha proteína unida covalentemente ao extremo telomérico da molécula de ADN. Os bucles en forquita ricos en adenina-timina de Borrelia teñen un tamaño desde os 5 quilopares de bases (kb) a uns 200 kb e conteñen os xenes responsables da produción dun grupo de proteínas de superficie ou antíxenos da bacteria, que permiten a esta evadirse da resposta inmune do hóspede ao que infectou. Os plásmidos lineais que conteñen unha proteína unida covalentemente ao extremo 5’ das febras de ADN denomínase invertróns e poden ter un tamaño desde 9 kb a unhas 600, e constan de repeticións terminais invertidas. Os plásmidos lineais cunha proteína unida covalentemente poden axudar á conxugación bacteriana e á integración dos plásmidos no xenoma. Estes tipos de plásmidos lineais representan a clase máis grande de ADN extracromosómico, xa que non só están presentes en certas células bacterianas, senón que todas as moléculas de ADN extracromosómico atopadas en células eucariotas tamén adoptan esta estrutura de invertrón cunha proteína unida ao extremo 5’.

Algúns autores utilizan o termo episoma en procariotas para referirse a plásmidos que poden integrarse no cromosoma bacteriano. Pero este termo tamén se usa en eucariotas para significar unha molécula de ADN circular pechado extracromosómico non integrado que pode replicarse no núcleo.

Os "borgs" longos e lineais que aparecen xunto con especies de arqueas (que poden albergalos e compartir moitos dos seus xenes) poderían ser unha forma descoñecida de estruturas de ADN extracromosómico.

Eucariotas

Mitocondrial

miniatura|ADN mitocondrial humano mostrando 37 xenes. As mitocondrias presentes nas células eucariotas conteñen moitas copias de ADN mitocondrial (ADNmt) na matriz mitocondrial. En animais pluricelulares, incluíndo os humanos, o cromosoma circular do ADNmt contén 13 xenes que codifican proteínas que forman parte da cadea de transporte de electróns e 24 xenes para ARNs mitocondriais; 2 de ARNr e 22 de ARNt. O tamaño do ADNmt animal é dunhas 16,6 kb e, aínda que contén xenes para os ARNt e a síntese de ARNm, tamén son necesarias proteínas codificadas nos xenes nucleares para que o ADNmt se poida replicar ou para que se traduzan as proteínas mitocondriais. Só hai unha rexión do cromosoma mitocondrial humano que non contén unha secuencia codificante, a rexión dun 1 kb coñecida como bucle D, ao que se unen proteínas reguladoras nucleares. O número de moléculas de ADNmt por mitocondria varía de especie a especie, así como entre células con diferentes demandas enerxéticas. Por exemplo, as células musculares e hepáticas conteñen máis copias de ADNmt por mitocondria que os leucocitos do sangue ou as células da pel. Debido á súa proximidade á cadea de transporte electrónico mitocondrial da membrana mitocondrial interna e á produción de especies reactivas do oxíxeno (ROS), e debido a que a molécula de ADNmt non está asociada e protexida por histonas, o ADNmt é máis susceptible de sufrir danos que o ADN nuclear. En casos nos que ocorren danos no ADNmt, o ADN pode repararse polas vías da reparación por escisión de bases, ou é destruído (sen causar danos á mitocondria, xa que hai múltiples copias de ADNmt por mitocondria).

O código xenético estándar que se utiliza para traducir os xenes nucleares é practicamente universal, o que significa que cada secuencia de 3 bases do ADN ou codóns (e da súa copia complementaria de ARN) codifica o mesmo aminoácido en todas as especies (cunhas poucas excepcións nalgúns codóns nalgunhas especies). Porén, este código é lixeiramente diferente no ADN mitocondrial de fungos, animais, protistas e plantas. Aínda que a maioría dos codóns do ADNmt destes organismos tamén codifica o mesmo aminoácido que o do código xenético nuclear, nalgúns é diferente.

+ Diferenzas atopadas nas secuencias de ADNmt de varios organismos Código xenético Táboa de tradución Codón de ADN implicado Codón de ARN implicado Tradución con este código Comparación co código univeral Código mitocondrial de vertebrados 2AGAAGA Ter (*) Arg (R)AGGAGG Ter (*) Arg (R)ATAAUA Met (M) Ile (I)TGAUGA Trp (W) Ter (*) Código mitocondrial de lévedos 3ATAAUA Met (M) Ile (I)CTTCUU Thr (T) Leu (L)CTCCUC Thr (T) Leu (L)CTACUA Thr (T) Leu (L)CTGCUG Thr (T) Leu (L)TGAUGA Trp (W) Ter (*)CGACGAabsent Arg (R)CGCCGCabsent Arg (R) Código de mofos, protozoos, celenterados e micoplasmas/espiroplasmas 4 e 7TGAUGA Trp (W) Ter (*) Código mitocondrial de invertebrados 5AGAAGA Ser (S) Arg (R)AGGAGG Ser (S) Arg (R)ATAAUA Met (M) Ile (I)TGAUGA Trp (W) Ter (*) Código mitocondrial de equinodermos e platihelmintos 9AAAAAA Asn (N) Lys (K)AGAAGA Ser (S) Arg (R)AGGAGG Ser (S) Arg (R)TGAUGA Trp (W) Ter (*) Código mitocondrial de ascidias 13AGAAGA Gly (G) Arg (R)AGGAGG Gly (G) Arg (R)ATAAUA Met (M) Ile (I)TGAUGA Trp (W) Ter (*) Código mitocondrial alternativo de platihelmintos 14AAAAAA Asn (N) Lys (K)AGAAGA Ser (S) Arg (R)AGGAGG Ser (S) Arg (R)TAAUAA Tyr (Y) Ter (*)TGAUGA Trp (W) Ter (*) Código mitocondrial de clorofíceas 16TAGUAG Leu (L) Ter (*) Código mitocondrial de trematodos 21TGAUGA Trp (W) Ter (*)ATAAUA Met (M) Ile (I)AGAAGA Ser (S) Arg (R)AGGAGG Ser (S) Arg (R)AAAAAA Asn (N) Lys (K) Código mitocondrial de Scenedesmus obliquus 22TCAUCA Ter (*) Ser (S)TAGUAG Leu (L) Ter (*) Código mitocondrial de Thraustochytrium 23TTAUUA Ter (*) Leu (L) Código mitocondrial de pterobranquios 24AGAAGA Ser (S) Arg (R)AGGAGG Lys (K) Arg (R)TGAUGA Trp (W) Ter (*) Propiedades bioquímicas dos aminoácidos non polar polar básico ácido Terminación: codón de stop

As diferenzas de codificación pénsase que son o resultado de modificacións químicas no ARN transferente que interacciona co ARN mensaxeiro producido como resultado da transcrición das secuencias de ADNmt.

Cloroplástico