Background Breast cancer (BC), one of the most widespread cancers worldwide, caused the deaths of more than 600,000 women in 2018, accounting for about 15% of all cancer-associated deaths in women that year. In this study, we aimed to discover potential prognostic biomarkers and explore their molecular mechanisms in different BC subtypes using DNA methylation and RNA-seq. Methods We downloaded the DNA methylation datasets and the RNA expression profiles of primary tissues of the four BC molecular subtypes (luminal A, luminal B, basal-like, and HER2-enriched), as well as the survival information from The Cancer Genome Atlas (TCGA). The highly expressed and hypermethylated genes across all the four subtypes were screened. We examined the methylation sites and the downstream co-expressed genes of the selected genes and validated their prognostic value using a different dataset (GSE20685). For selected transcription factors, the downstream genes were predicted based on the Gene Transcription Regulation Database (GTRD). The tumor microenvironment was also evaluated based on the TCGA dataset. Results We found that Wilms tumor gene 1 (WT1), a transcription factor, was highly expressed and hypermethylated in all the four BC subtypes. All the WT1 methylation sites exhibited hypermethylation. The methylation levels of the TSS200 and 1stExon regions were negatively correlated with WT1 expression in two BC subtypes, while that of the gene body region was positively associated with WT1 expression in three BC subtypes. Patients with low WT1 expression had better overall survival (OS). Five genes including COL11A1, GFAP, FGF5, CD300LG, and IGFL2 were predicted as the downstream genes of WT1. Those five genes were dysregulated in the four BC subtypes. Patients with a favorable 6-gene signature (low expression of WT1 and its five predicted downstream genes) exhibited better OS than that with an unfavorable 6-gene signature. We also found a correlation between WT1 and tamoxifen using STITCH. Higher infiltration rates of CD8 T cells, plasma cells, and monocytes were found in the lower quartile WT1 group and the favorable 6-gene signature group. In conclusion, we demonstrated that WT1 is hypermethylated and up-regulated in the four BC molecular subtypes and a 6-gene signature may predict BC prognosis.

中文翻译：

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基于 DNA 甲基化和 RNA-seq 的综合分析揭示了乳腺癌 PAM50 亚型中上调 WT1 基因的高甲基化及其潜在机制

背景 乳腺癌 (BC) 是全球最普遍的癌症之一，2018 年导致超过 600,000 名女性死亡，约占当年女性癌症相关死亡人数的 15%。在这项研究中，我们旨在发现潜在的预后生物标志物，并使用 DNA 甲基化和 RNA-seq 探索它们在不同 BC 亚型中的分子机制。方法 我们下载了四种 BC 分子亚型（luminal A、luminal B、basal-like 和 HER2-enriched）的原代组织的 DNA 甲基化数据集和 RNA 表达谱，以及来自癌症基因组图谱的生存信息。 TCGA)。筛选了所有四种亚型的高表达和高甲基化基因。我们检查了所选基因的甲基化位点和下游共表达基因，并使用不同的数据集 (GSE20685) 验证了它们的预后价值。对于选定的转录因子，基于基因转录调控数据库（GTRD）预测下游基因。还基于 TCGA 数据集评估了肿瘤微环境。结果 我们发现，Wilms 肿瘤基因 1 (WT1) 是一种转录因子，在所有四种 BC 亚型中都高度表达和高甲基化。所有 WT1 甲基化位点都表现出高甲基化。TSS200和1stExon区域的甲基化水平与两种BC亚型中的WT1表达呈负相关，而基因体区域的甲基化水平与三种BC亚型中的WT1表达呈正相关。低 WT1 表达的患者具有更好的总生存期 (OS)。COL11A1、GFAP、FGF5、CD300LG和IGFL2等5个基因被预测为WT1的下游基因。这五个基因在四个 BC 亚型中失调。具有良好 6 基因特征（WT1 及其五个预测下游基因的低表达）的患者表现出比具有不利 6 基因特征的患者更好的 OS。我们还使用 STITCH 发现了 WT1 和他莫昔芬之间的相关性。在较低四分位数的 WT1 组和有利的 6 基因特征组中发现了更高的 CD8 T 细胞、浆细胞和单核细胞的浸润率。总之，我们证明了 WT1 在四种 BC 分子亚型中是高甲基化和上调的，并且 6 基因特征可以预测 BC 预后。和 IGFL2 被预测为 WT1 的下游基因。这五个基因在四个 BC 亚型中失调。具有良好 6 基因特征（WT1 及其五个预测下游基因的低表达）的患者表现出比具有不利 6 基因特征的患者更好的 OS。我们还使用 STITCH 发现了 WT1 和他莫昔芬之间的相关性。在较低四分位数的 WT1 组和有利的 6 基因特征组中发现了更高的 CD8 T 细胞、浆细胞和单核细胞的浸润率。总之，我们证明了 WT1 在四种 BC 分子亚型中是高甲基化和上调的，并且 6 基因特征可以预测 BC 预后。和 IGFL2 被预测为 WT1 的下游基因。这五个基因在四个 BC 亚型中失调。具有良好 6 基因特征（WT1 及其五个预测下游基因的低表达）的患者表现出比具有不利 6 基因特征的患者更好的 OS。我们还使用 STITCH 发现了 WT1 和他莫昔芬之间的相关性。在较低四分位数的 WT1 组和有利的 6 基因特征组中发现了更高的 CD8 T 细胞、浆细胞和单核细胞的浸润率。总之，我们证明了 WT1 在四种 BC 分子亚型中是高甲基化和上调的，并且 6 基因特征可以预测 BC 预后。具有良好 6 基因特征（WT1 及其五个预测下游基因的低表达）的患者表现出比具有不利 6 基因特征的患者更好的 OS。我们还使用 STITCH 发现了 WT1 和他莫昔芬之间的相关性。在较低四分位数的 WT1 组和有利的 6 基因特征组中发现了更高的 CD8 T 细胞、浆细胞和单核细胞的浸润率。总之，我们证明了 WT1 在四种 BC 分子亚型中是高甲基化和上调的，并且 6 基因特征可以预测 BC 预后。具有良好 6 基因特征（WT1 及其五个预测下游基因的低表达）的患者表现出比具有不利 6 基因特征的患者更好的 OS。我们还使用 STITCH 发现了 WT1 和他莫昔芬之间的相关性。在较低四分位数的 WT1 组和有利的 6 基因特征组中发现了更高的 CD8 T 细胞、浆细胞和单核细胞的浸润率。总之，我们证明了 WT1 在四种 BC 分子亚型中是高甲基化和上调的，并且 6 基因特征可以预测 BC 预后。在下四分位数 WT1 组和有利的 6 基因特征组中发现了单核细胞。总之，我们证明了 WT1 在四种 BC 分子亚型中是高甲基化和上调的，并且 6 基因特征可以预测 BC 预后。在下四分位数 WT1 组和有利的 6 基因特征组中发现了单核细胞。总之，我们证明了 WT1 在四种 BC 分子亚型中是高甲基化和上调的，并且 6 基因特征可以预测 BC 预后。