Therapeutic regimens for cancer generally involve drugs used in combinations. Most prior work has focused on identifying and understanding synergistic drug-drug interactions; however, understanding sources of antagonistic interactions remains an important and understudied issue. To enrich for antagonistic interactions and reveal common features of these drug combinations, we screened all pairwise combinations of drugs characterized as canonical activators of different forms of regulated cell death. We find that this network is strongly enriched for antagonistic interactions, and in particular, enriched for an extreme form of antagonism, which we call single agent dominance. Single agent dominance refers to antagonisms in which a two drug combination phenocopies one of the two agents. We find that dominance results from differences in the cell death onset time, with dominant drugs inducing death earlier and at faster rates than their suppressed counterparts. Finally, we explored the mechanisms by which parthanatotic agents dominate apoptotic agents, finding that dominance in this scenario is caused by mutually exclusive and conflicting use of PARP1. Taken together, our study reveals death activation kinetics as a predictive feature of antagonism, due to inhibitory crosstalk between cell death pathways.

Due to tumor heterogeneity, most believe that effective treatments should be tailored to the features of an individual tumor or tumor subclass. It is still unclear what information should be considered for optimal disease stratification, and most prior work focuses on tumor genomics. Here, we focus on the tumor micro-environment. Using a large-scale co-culture assay optimized to measure drug-induced cell death, we identify tumor-stroma interactions that modulate drug sensitivity. Our data show that the chemo-insensitivity typically associated with aggressive subtypes of breast cancer is not cell intrinsic, but rather a product of tumor-stroma interactions. Additionally, we find that fibroblast cells influence tumor drug response in two distinct and divergent manners, which were predicable based on the anatomical origin from which the fibroblasts were harvested. These divergent phenotypes result from modulation of mitochondrial priming of tumor cells, caused by secretion of inflammatory cytokines, such as IL6 and IL8, from stromal cells.