La xanthinurie héréditaire de type I est causée par des mutations du gène XDH. Ce gène fournit des instructions pour la fabrication d’une enzyme appelée xanthine déshydrogénase. Cette enzyme est impliquée dans la dégradation normale des purines, qui sont des éléments constitutifs de l’ADN et de son cousin chimique, l’ARN. Plus précisément, la xanthine déshydrogénase réalise les deux dernières étapes du processus, notamment la conversion de la xanthine en acide urique (qui est excrété dans l’urine et les fèces). Les mutations du gène XDH réduisent ou éliminent l’activité de la xanthine déshydrogénase. Par conséquent, l’enzyme n’est pas disponible pour aider à réaliser les deux dernières étapes de la dégradation des purines. La xanthine n’étant pas convertie en acide urique, les personnes atteintes présentent des taux élevés de xanthine et des taux très faibles d’acide urique dans le sang et l’urine. L’excès de xanthine peut causer des dommages aux reins et à d’autres tissus.

La xanthinurie héréditaire de type II résulte de mutations du gène MOCOS. Ce gène fournit des instructions pour la fabrication d’une enzyme appelée molybdène cofacteur sulfurase. Cette enzyme est nécessaire au fonctionnement normal de la xanthine déshydrogénase, décrite ci-dessus, et d’une autre enzyme appelée aldéhyde oxydase. Les mutations du gène MOCOS empêchent la xanthine déshydrogénase et l’aldéhyde oxydase d’être activées. La perte de l’activité de la xanthine déshydrogénase empêche la conversion de la xanthine en acide urique, ce qui entraîne une accumulation de xanthine dans les reins et d’autres tissus. La perte de l’activité de l’aldéhyde oxydase ne semble pas causer de problèmes de santé.