SUMMARY Neuroblastoma is a pediatric cancer arising from the developing sympathoadrenal lineage with complex inter- and intra-tumoral heterogeneity. To chart this complexity, we generated a comprehensive cell atlas of 55 neuroblastoma patient tumors, collected from two pediatric cancer institutions, spanning a range of clinical, genetic, and histologic features. Our atlas combines single-cell/nucleus RNA-seq (sc/scRNA-seq), bulk RNA-seq, whole exome sequencing, DNA methylation profiling, spatial transcriptomics, and two spatial proteomic methods. Sc/snRNA-seq revealed three malignant cell states with features of sympathoadrenal lineage development. All of the neuroblastomas had malignant cells that resembled sympathoblasts and the more differentiated adrenergic cells. A subset of tumors had malignant cells in a mesenchymal cell state with molecular features of Schwann cell precursors. DNA methylation profiles defined four groupings of patients, which differ in the degree of malignant cell heterogeneity and clinical outcomes. Using spatial proteomics, we found that neuroblastomas are spatially compartmentalized, with malignant tumor cells sequestered away from immune cells. Finally, we identify spatially restricted signaling patterns in immune cells from spatial transcriptomics. To facilitate the visualization and analysis of our atlas as a resource for further research in neuroblastoma, single cell, and spatial-omics, all data are shared through the Human Tumor Atlas Network Data Commons at www.humantumoratlas.org .

Abstract Rhabdomyosarcoma (RMS) is a pediatric cancer with features of skeletal muscle; patients with unresectable or metastatic RMS fare poorly due to high rates of disease recurrence. Here, we use single cell and single nucleus RNA-sequencing to show that RMS tumors recapitulate the spectrum of embryonal myogenesis. Using matched patient samples from a clinical trial and orthotopic patient-derived xenografts (O-PDXs), we show chemotherapy eliminates the most proliferative component with features of myoblasts; after treatment, the quiescent immature population with features of paraxial mesoderm expands to reconstitute the developmental hierarchy of the original tumor. We discovered that this paraxial mesoderm population is dependent on EGFR signaling and is sensitive to EGFR inhibitors. Taken together, this data serves as a proof-of-concept that targeting each developmental state in RMS is an effective strategy for improving outcomes by preventing disease recurrence.