Stéphanie Bonneau, Céline Cordier, Patrizia Alberti, Aurélie Fossey, Marc Fontecave, Loïc Perrouault, Fanny Marlin, Tula Saison-Behmoaras, Carine Giovannangeli, Charlotte Boix, Philippe Simon, Structure et Instabilité des Génomes (STRING), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (LCBM - UMR 5249), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Laboratoire Jean Perrin (LJP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Chaire Chimie des processus biologiques, Laboratoire de Chimie des Processus Biologiques (LCPB), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), and Collège de France - Chaire Chimie des processus biologiques
Oligonucleotides and their analogues, such as peptide nucleic acids (PNAs), can be used in chemical strategies to artificially control gene expression. Inefficient cellular uptake and inappropriate cellular localization still remain obstacles in biological applications, however, especially for PNAs. Here we demonstrate that conjugation of PNAs to flavin resulted in efficient internalization into cells through an endocytic pathway. The flavin-PNAs exhibited antisense activity in the sub-micromolar range, in the context of a treatment facilitating endosomal escape. Increased endosomal release of flavin conjugates into the cytoplasm and/or nucleus was shown by chloroquine treatment and also--when the flavin-PNA was conjugated to rhodamine, a mild photosensitizer--upon light irradiation. In conclusion, an isoalloxazine moiety can be used as a carrier and attached to a cargo biomolecule, here a PNA, for internalization and functional cytoplasmic/nuclear delivery. Our findings could be useful for further design of PNAs and other oligonucleotide analogues as potent antisense agents.