Drug synergy is the usage of a combination of agents to produce an effect that is greater than the sum of the effects generated through the administration of each drug individually. That could help reduce toxicity due to high doses beside that targeting various pathways simultaneously reduces the chance of developing drug resistance. Retinoid X receptor (RXR) selective agonist, bexarotene (Bex), in combination with the non-selective beta blocker, carvedilol (Carv), showed synergistic antiproliferative effects on normal epithelial breast cells (HME-hTert) and on the breast cancer cell line (MCF-7). In order to identify the molecular mechanism underlying these effects, we studied the proteomic profile and gene expression signature upon the combination treatment of Bex +Carv. The results demonstrated that the protein levels of ARID1A, AT-rich interactive domain 1 A, are induced upon the combination treatment in normal breast cells but not in the cancer cells. We hypothesized that ARID1A modulate nucleosome organization upon Bex+Carv treatment to regulate the expression of genes related to cell transformation and proliferation regulation. To test our hypothesis, we performed chromatin immunoprecipitation followed by deep sequencing to identify ARID1A target regions under Bex+Carv treatment in normal and transformed cells. We also investigated the correlation between ARID1A enrichment and its target genes' transcript and protein levels through RT-qPCR, Western-blotting, or immunostaining assays. Moreover, we knocked down ARID1A using a specific siRNA pool to study the impact of ARID1A on its target genes. The results revealed that ARID1A was enriched to regulatory elements assigned to genes involved in the insulin-like growth factor signaling pathway upon Bex+Carv treatment in MCF-7 cells. ARID1A enrichment was associated with downregulation in IGF-1R and IRS1 protein expression upon Bex+Carv treatment, these effects were abolished upon ARID1A knockdown. The results refer that one of the mechanisms underlying the antiproliferative effects of Bex+Carv treatment in MCF-7 cells is through suppressing the expression of IGF-1 signaling pathway related genes which was orchestrated by ARID1A actions. Furthermore, ARID1A and BRG1 were identified to be recruited to regulatory elements assigned to genes involved in the transforming growth factor beta (TGF-β ) signaling pathway upon Bex+Carv in HME-hTert cells. Bex+Carv treatment was associated with an alteration of TGF-β downstream activity reflected in the suppression of the EMT program regulator’s gene and protein expression including fibronectin-1 and N cadherin. Overall, the results showed that bexarotene and carvedilol combination treatment behaves differently in normal or transformed cells targeting TGF-β or IGF-1 signaling pathways, respectively. These effects were mediated by the actions of the tumor suppressor ARID1A.

A gyógyszer-szinergia a szerek kombinációjának alkalmazása olyan hatás elérése érdekében, amely nagyobb, mint az egyes gyógyszerek külön-külön történő beadásával előidézett hatások összege. Ez segíthet csökkenteni a nagy dózisok miatti toxicitást, amellett, hogy a különböző útvonalak egyidejű megcélzása csökkenti a gyógyszerrezisztencia kialakulásának esélyét. A retinoid X receptor (RXR) szelektív agonista, a bexarotén (Bex) a nem szelektív béta-blokkolóval, a karvedilollal (Carv) kombinálva szinergista antiproliferatív hatást mutatott a normál hámsejteken (HME-hTert) és az emlőrák sejtvonalon. (MCF-7). A hatások hátterében álló molekuláris mechanizmus azonosítása érdekében a proteomikus profilt és a génexpressziós aláírást tanulmányoztuk a Bex + Carv kombinációs kezelés során. Az eredmények azt mutatták, hogy az ARID1A, az AT-ben gazdag interaktív domén 1 A fehérjeszintje normál körülmények között indukálódik a kombinációs kezelés hatására mellsejtekben, de nem a rákos sejtekben. Feltételeztük, hogy az ARID1A modulálja a nukleoszóma szerveződését a Bex+Carv kezelés során, hogy szabályozza a sejttranszformációval és a proliferáció szabályozásával kapcsolatos gének expresszióját. Hipotézisünk tesztelésére kromatin immunprecipitációt, majd mély szekvenálást végeztünk, hogy azonosítsuk az ARID1A célrégiókat Bex+Carv kezelés alatt normál és transzformált sejtekben. Megvizsgáltuk az ARID1A feldúsulása és a célgének transzkriptum- és fehérjeszintje közötti összefüggést is RT-qPCR, Western-blot vagy immunfestési vizsgálatok segítségével. Ezenkívül leütöttük az ARID1A-t egy specifikus siRNS-készlet segítségével, hogy tanulmányozzuk az ARID1A hatását a célgénjeire. Az eredmények azt mutatták, hogy az ARID1A az inzulinszerű növekedési faktor jelátviteli útvonalában részt vevő génekhez rendelt szabályozóelemekkel gazdagodott Bex+Carv kezelés hatására MCF-7 sejtekben. Az ARID1A feldúsulása az IGF-1R és az IRS1 fehérje expressziójának csökkenésével járt a Bex+Carv kezelés hatására, ezek a hatások megszűntek az ARID1A leütésével. Az eredmények arra utalnak, hogy a Bex+Carv kezelés antiproliferatív hatásainak egyik hátterében MCF-7 sejtekben az IGF-1 jelátviteli útvonalhoz kapcsolódó gének expressziójának elnyomása áll, amit az ARID1A akciók irányítottak. Ezenkívül megállapították, hogy az ARID1A és a BRG1 olyan szabályozó elemekbe kerültek, amelyek a transzformáló növekedési faktor béta (TGF-β) jelátviteli útvonalában részt vevő génekhez vannak hozzárendelve Bex+Carv hatására HME-hTert sejtekben. A Bex+Carv kezelés a TGF-β downstream aktivitásának megváltozásával járt, ami az EMT program szabályozó gén- és fehérjeexpressziójának elnyomásában tükröződik, beleértve a fibronektin-1-et és az N-kadherint. Összességében az eredmények azt mutatták, hogy a bexarotén és a karvedilol kombinációja. A kezelés eltérően viselkedik a TGF-β, illetve az IGF-1 jelátviteli útvonalakat célzó normál vagy transzformált sejtekben. Ezeket a hatásokat az ARID1A tumorszuppresszor hatásai közvetítették.