Astrid Walrant, Natpasit Chaianantakul, Isabel D. Alves, Françoise Illien, Antonio Frontera, Sandrine Sagan, Sophie Lecomte, Sébastien Cardon, Manjula Pallerla, Claudia Girardet, Antonio Bauzá, Fabienne Burlina, University of Cambridge [UK] (CAM), Departament de Quimica, Universitat des Illes Balears, Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets (CBMN), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-École Nationale d'Ingénieurs des Travaux Agricoles - Bordeaux (ENITAB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Analyse, Interactions Moléculaires et Cellulaires (LBM-E2), Laboratoire des biomolécules (LBM UMR 7203), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Département de Chimie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Département de Chimie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Laboratoire de Recherche Moléculaire sur les Antibiotiques, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-IFR58-Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Département de cardiologie, CHU Bordeaux [Bordeaux]-Hôpital Haut-Lévêque [CHU Bordeaux], CHU Bordeaux [Bordeaux], Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département de Chimie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Département de Chimie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), Institut de Chimie du CNRS (INC)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - 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Cell-penetrating peptides (CPPs) internalization can occur both by endocytosis and direct translocation through the cell membrane. These different entry routes suggest that molecular partners at the plasma membrane, phospholipids or glycosaminoglycans (GAGs), bind CPPs with different affinity or selectivity. The analysis of sequence-dependent interactions of CPPs with lipids and GAGs should lead to a better understanding of the molecular mechanisms underlying their internalization. CPPs are short sequences generally containing a high number of basic arginines and lysines and sometimes aromatic residues, in particular tryptophans. Tryptophans are crucial residues in membrane-active peptides, because they are important for membrane interaction. Membrane-active peptides often present facial amphiphilicity, which also promote the interaction with lipid bilayers. To study the role of Trp and facial amphiphilicity in cell interaction and penetration of CPPs, a nonapeptide series containing only Arg, Trp or D-Trp residues at different positions was designed. Our quantitative study indicates that to maintain/increase the uptake efficiency, Arg can be advantageously replaced by Trp in the nonapeptides. The presence of Trp in oligoarginines increases the uptake in cells expressing GAGs at their surface, when it only compensates for the loss of Arg and maintains similar peptide uptake in GAG-deficient cells. In addition, we show that facial amphiphilicity is not required for efficient uptake of these nonapeptides. Thermodynamic analyses point towards a key role of Trp that highly contributes to the binding enthalpy of complexes formation. Density functional theory (DFT) analysis highlights that salt bridge-π interactions play a crucial role for the GAG-dependent entry mechanisms.