Abstract Several rare genetic variations of human XDH have been shown to alter xanthine oxidoreductase (XOR) activity leading to impaired purine catabolism. However, XOR is a multi-functional enzyme that depending upon the environmental conditions also expresses oxidase activity leading to both O ·- and H O and nitrite (·NO - ) reductase activity leading to NO. Since these products express important, and often diametrically opposite, biological activity consideration of the impact of XOR mutations in the context of each aspect of the biochemical activity of the enzyme is needed to determine the potential full impact of these variants. Herein, we show that known naturally occurring hXDH mutations do not have a uniform impact upon the biochemical activity of the enzyme in terms of uric acid (UA), reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (·NO) formation. We show that the His1221Arg mutant, in the presence of xanthine, increases UA, O 2 ·- and NO generation compared to the WT, whilst the Ile703Val increases UA and ·NO formation, but not O 2 ·- . We speculate that this change in the balance of activity of the enzyme is likely to endow those carrying these mutations with a harmful or protective influence over health that may explain the current equipoise underlying the perceived importance of XDH mutations. We also suggest that targeting enzyme activity to enhance the NO 2 - -reductase profile in those carrying such mutations may provide novel therapeutic options, particularly in cardiovascular disease. Highlights Mutations of xanthine oxidoreductase modulate both its expression and activity The His1221Arg natural mutation increases xanthine oxidoreductase activity Raised xanthine oxidoreductase activity coupled with increased availability of nitrite substrate leads to increased NO provision

The majority of naturally occurring mutations of the human gene XDH, are associated with reduced or completely absent xanthine oxidoreductase (XOR) activity, leading to a disease known as classical xanthinuria, which is due to the accumulation and excretion of xanthine in urine. Three types of classical xanthinuria have been identified: type I, characterised by XOR deficiency, type II, caused by XOR and aldehyde oxidase (AO) deficiency, and type III due to XOR, AO, and sulphite oxidase (SO) deficiency. Type I and II are considered rare autosomal recessive disorders, a condition where two copies of the mutated gene must be present to develop the disease or trait. In most cases, xanthinuria type I and II result to be asymptomatic, and only occasionally lead to renal failure due to urolithiasis caused by xanthine deposition. However, in the last 10–15 years, new observations have been made about the link between naturally occurring mutations and pathological phenotypes particularly pertinent to cardiovascular diseases (CVD). These links have been attributed to a genetically driven increase of XOR expression and activity that is responsible for what is thought to be damaging uric acid (UA) and reactive oxygen species (ROS) accumulation, nitric oxide (·NO) depletion and endothelial dysfunction. In this review, we discuss the importance of genetics for interindividual variability of XOR expression and activity while focusing mainly on those variants thought to be relevant for CVD. In addition, we discuss the potential exploitation of the genetically driven increase of XOR activity to deliver more beneficial bioavailable ·NO. Finally, we examine the effect that non-synonymous mutations have on the tertiary structure of the protein and consequently on its capacity to interact with glycosaminoglycans (GAGs) localised on the outer surface of endothelial cells.