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Alpha lipoic acid modulates metabolic reprogramming in breast cancer stem cells enriched 3D spheroids by targeting phosphoinositide 3-kinase: In silico and in vitro insights - 17/05/25

Doi : 10.1016/j.biopha.2025.118121 
Bandana Chakravarti a, , Manendra Singh Tomar b, 1, Faizan Abul Qais c, 1, Sana Raza d, K.M. Abdullah e, f, Gunjan Sharma e, f, Archana Tewari d, Abhishek Yadav d, Pratima Gupta d, Naibedya Chattopadhyay g, Ashutosh Shrivastava b, Rohit Anthony Sinha d, Jawed Akhtar Siddiqui e, f,
a Stem Cell/Cell Culture Lab, Center for Advanced Research, Faculty of Medicine, King George's Medical University, Lucknow, Uttar Pradesh 226003, India 
b Center for Advanced Research, Faculty of Medicine, King George's Medical University, Lucknow, Uttar Pradesh 226003, India 
c Department of Biochemistry, School of Chemical and Life Sciences, Jamia Hamdard, New Delhi 110062, India 
d Department of Endocrinology, Sanjay Gandhi Postgraduate Institute of Medical Sciences, Lucknow 226014, India 
e Department of Cell and Molecular Biology, University of Mississippi Medical Center, Jackson, MS, USA 
f Cancer Center and Research Institute, University of Mississippi Medical Center, Jackson, MS, USA 
g Division of Endocrinology and Center for Research in Anabolic Skeletal Target in Health and Illness (ASTHI), CSIR-Central Drug Research Institute, Council of Scientific and Industrial Research, Sector 10, Jankipuram Extension, Sitapur Road, Lucknow 226031, India 

Corresponding author.⁎⁎Corresponding author at: Department of Cell and Molecular Biology, University of Mississippi Medical Center, Jackson, MS, USADepartment of Cell and Molecular Biology, University of Mississippi Medical CenterJacksonMSUSA

Abstract

Breast cancer stem cells (BCSCs) are a unique subpopulation of tumor cells driving tumor resistance, progression, metastasis, and recurrence. Reprogrammed cellular metabolism and key signaling pathways, including Wnt/β-catenin, TGF-β, STAT3, and PI3K/AKT/mTOR pathway play a vital role in maintaining BCSCs. Importantly, PI3K/Akt/mTOR pathway regulates metabolism, survival, growth, and invasion, with PIK3CA, encoding the PI3K catalytic subunit p110α, the most frequently mutated gene in breast cancer. This study investigates the effects of alpha-lipoic acid (LA) on the metabolic profile of BCSCs, focusing on its interaction with PI3K signaling. LA was found to bind PI3K, disrupting cancer-associated metabolic pathways and significantly inhibiting BCSC metabolism. Metabolomic analysis of MCF-7 and MDA-MB-231-derived breast cancer spheroids showed LA-induced metabolic shifts. In MCF-7 spheroids, LA induced upaccumulation of 15 metabolites and downaccumulation of 5, while in MDA-MB-231 spheroids, it induced upaccumulation of 3 and downaccumulation of 16. LA also enhanced the sensitivity of breast cancer spheroids to doxorubicin (Dox), demonstrating a synergistic effect. Mechanistically, LA modulates the PI3K/Akt/mTOR pathway, impairing cell survival and proliferation. These findings highlight the potential of LA as a therapeutic agent for reprogramming cancer metabolism and enhancing chemotherapy efficacy. These results provide a strong rationale for incorporating LA into combination therapy strategies for breast cancer treatment.

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Graphical Abstract




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Keywords : Breast cancer, Breast cancer stem cells, Metabolism, Alpha lipoic acid, PI3K


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