ABSTRACT The IceCube Collaboration has previously discovered a high-energy astrophysical neutrino flux using neutrino events with interaction vertices contained within the instrumented volume of the IceCube detector. We present a complementary measurement using charged current muon neutrino events where the interaction vertex can be outside this volume. As a consequence of the large muon range the effective area is significantly larger but the field of view is restricted to the Northern Hemisphere. IceCube data from 2009 through 2015 have been analyzed using a likelihood approach based on the reconstructed muon energy and zenith angle. At the highest neutrino energies between  and  a significant astrophysical contribution is observed, excluding a purely atmospheric origin of these events at  significance. The data are well described by an isotropic, unbroken power-law flux with a normalization at  neutrino energy of  and a hard spectral index of  . The observed spectrum is harder in comparison to previous IceCube analyses with lower energy thresholds which may indicate a break in the astrophysical neutrino spectrum of unknown origin. The highest-energy event observed has a reconstructed muon energy of  which implies a probability of less than  for this event to be of atmospheric origin. Analyzing the arrival directions of all events with reconstructed muon energies above  no correlation with known γ -ray sources was found. Using the high statistics of atmospheric neutrinos we report the current best constraints on a prompt atmospheric muon neutrino flux originating from charmed meson decays which is below 1.06 in units of the flux normalization of the model in Enberg et al.

Practical quantum computing will require error rates well below those achievable with physical qubits. Quantum error correction1,2 offers a path to algorithmically relevant error rates by encoding logical qubits within many physical qubits, for which increasing the number of physical qubits enhances protection against physical errors. However, introducing more qubits also increases the number of error sources, so the density of errors must be sufficiently low for logical performance to improve with increasing code size. Here we report the measurement of logical qubit performance scaling across several code sizes, and demonstrate that our system of superconducting qubits has sufficient performance to overcome the additional errors from increasing qubit number. We find that our distance-5 surface code logical qubit modestly outperforms an ensemble of distance-3 logical qubits on average, in terms of both logical error probability over 25 cycles and logical error per cycle ((2.914 ± 0.016)% compared to (3.028 ± 0.023)%). To investigate damaging, low-probability error sources, we run a distance-25 repetition code and observe a 1.7 × 10-6 logical error per cycle floor set by a single high-energy event (1.6 × 10-7 excluding this event). We accurately model our experiment, extracting error budgets that highlight the biggest challenges for future systems. These results mark an experimental demonstration in which quantum error correction begins to improve performance with increasing qubit number, illuminating the path to reaching the logical error rates required for computation.

Since the recent detection of an astrophysical flux of high energy neutrinos, the question of its origin has not yet fully been answered. Much of what is known about this flux comes from a small event sample of high neutrino purity, good energy resolution, but large angular uncertainties. In searches for point-like sources, on the other hand, the best performance is given by using large statistics and good angular reconstructions. Track-like muon events produced in neutrino interactions satisfy these requirements. We present here the results of searches for point-like sources with neutrinos using data acquired by the IceCube detector over seven years from 2008--2015. The discovery potential of the analysis in the northern sky is now significantly below $E_\nu^2d\phi/dE_\nu=10^{-12}\:\mathrm{TeV\,cm^{-2}\,s^{-1}}$, on average $38\%$ lower than the sensitivity of the previously published analysis of four years exposure. No significant clustering of neutrinos above background expectation was observed, and implications for prominent neutrino source candidates are discussed.

The IceCube neutrino telescope at the South Pole has measured the atmospheric muon neutrino spectrum as a function of zenith angle and energy in the approximate 320 GeV to 20 TeV range, to search for the oscillation signatures of light sterile neutrinos. No evidence for anomalous ν_{μ} or ν[over ¯]_{μ} disappearance is observed in either of two independently developed analyses, each using one year of atmospheric neutrino data. New exclusion limits are placed on the parameter space of the 3+1 model, in which muon antineutrinos experience a strong Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein-resonant oscillation. The exclusion limits extend to sin^{2}2θ_{24}≤0.02 at Δm^{2}∼0.3 eV^{2} at the 90% confidence level. The allowed region from global analysis of appearance experiments, including LSND and MiniBooNE, is excluded at approximately the 99% confidence level for the global best-fit value of |U_{e4}|^{2}.

We report a quasidifferential upper limit on the extremely-high-energy (EHE) neutrino flux above $5\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{6}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$ based on an analysis of nine years of IceCube data. The astrophysical neutrino flux measured by IceCube extends to PeV energies, and it is a background flux when searching for an independent signal flux at higher energies, such as the cosmogenic neutrino signal. We have developed a new method to place robust limits on the EHE neutrino flux in the presence of an astrophysical background, whose spectrum has yet to be understood with high precision at PeV energies. A distinct event with a deposited energy above $1{0}^{6}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$ was found in the new two-year sample, in addition to the one event previously found in the seven-year EHE neutrino search. These two events represent a neutrino flux that is incompatible with predictions for a cosmogenic neutrino flux and are considered to be an astrophysical background in the current study. The obtained limit is the most stringent to date in the energy range between $5\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{6}$ and $2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{10}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$. This result constrains neutrino models predicting a three-flavor neutrino flux of ${E}_{\ensuremath{\nu}}^{2}{\ensuremath{\phi}}_{{\ensuremath{\nu}}_{e}+{\ensuremath{\nu}}_{\ensuremath{\mu}}+{\ensuremath{\nu}}_{\ensuremath{\tau}}}\ensuremath{\simeq}2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}8}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}/{\mathrm{cm}}^{2}\text{ }\mathrm{sec}\text{ }\mathrm{sr}$ at $1{0}^{9}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$. A significant part of the parameter space for EHE neutrino production scenarios assuming a proton-dominated composition of ultra-high-energy cosmic rays is disfavored independently of uncertain models of the extragalactic background light which previous IceCube constraints partially relied on.

Abstract The endoplasmic reticulum (ER) forms a dynamic network that contacts other cellular membranes to regulate stress responses, calcium signaling, and lipid transfer. Using high-resolution volume electron microscopy, we find that the ER forms a previously unknown association with keratin intermediate filaments and desmosomal cell-cell junctions. Peripheral ER assembles into mirror image-like arrangements at desmosomes and exhibits nanometer proximity to keratin filaments and the desmosome cytoplasmic plaque. ER tubules exhibit stable associations with desmosomes, and perturbation of desmosomes or keratin filaments alters ER organization and mobility. These findings indicate that desmosomes and the keratin cytoskeleton pattern the distribution of the ER network. Overall, this study reveals a previously unknown subcellular architecture defined by the structural integration of ER tubules with an epithelial intercellular junction. One-Sentence Summary The desmosome adhesive junction regulates the organization and dynamics of the endoplasmic reticulum network.

Abstract The genetic and metabolic heterogeneity of RAS-driven cancers has confounded therapeutic strategies in the clinic. To address this, rapid and genetically tractable animal models are needed that recapitulate the heterogeneity of RAS-driven cancers in vivo. Here, we generate a Drosophila melanogaster model of Ras/Lkb1mutant carcinoma. We show that low-level expression of oncogenic Ras (Ras Lo ) promotes the survival of Lkb1 mutant tissue, but results in autonomous cell cycle arrest and non-autonomous overgrowth of wild-type tissue. In contrast, high-level expression of oncogenic Ras (Ras Hi ) transforms Lkb1 mutant tissue resulting in lethal malignant tumors. Using simultaneous multiview light-sheet microcopy, we have characterized invasion phenotypes of Ras/Lkb1 tumors in living larvae. Our molecular analysis reveals sustained activation of the AMPK pathway in malignant Ras/Lkb1 tumors, and demonstrate the genetic and pharmacologic dependence of these tumors on CaMK-activated Ampk. We further show that LKB1 mutant human lung adenocarcinoma patients with high levels of oncogenic KRAS exhibit worse overall survival and increased AMPK activation. Our results suggest that high levels of oncogenic KRAS is a driving event in the malignant transformation of LKB1 mutant tissue, and uncover a novel vulnerability that may be used to target this aggressive genetic subset of RAS-driven tumors. One Sentence Summary A multivariable Ras-driven Drosophila model reveals a novel LKB1 mutant lung adenocarcinoma patient subpopulation and targetable effector pathway.

Tissue morphogenesis requires dynamic intercellular contacts that are subsequently stabilized as tissues mature. The mechanisms governing these competing adhesive properties are not fully understood. Using gain- and loss-of-function approaches, we tested the role of p120-catenin (p120) and VE-cadherin (VE-cad) endocytosis in vascular development using mouse mutants that exhibit increased (VE-cadGGG/GGG) or decreased (VE-cadDEE/DEE) internalization. VE-cadGGG/GGG mutant mice exhibited reduced VE-cad-p120 binding, reduced VE-cad levels, microvascular hemorrhaging, and decreased survival. By contrast, VE-cadDEE/DEE mutants exhibited normal vascular permeability but displayed microvascular patterning defects. Interestingly, VE-cadDEE/DEE mutant mice did not require endothelial p120, demonstrating that p120 is dispensable in the context of a stabilized cadherin. In vitro , VE-cadDEE mutant cells displayed defects in polarization and cell migration that were rescued by uncoupling VE-cadDEE from actin. These results indicate that cadherin endocytosis coordinates cell polarity and migration cues through actin remodeling. Collectively, our results indicate that regulated cadherin endocytosis is essential for both dynamic cell movements and establishment of stable tissue architecture.

Cholesterol- and sphingolipid-enriched domains called lipid rafts are hypothesized to selectively coordinate protein complex assembly within the plasma membrane to regulate cellular functions. Desmosomes are mechanically resilient adhesive junctions that associate with lipid raft membrane domains, yet the mechanisms directing raft association of the desmosomal proteins, particularly the transmembrane desmosomal cadherins, are poorly understood. We identified the desmoglein-1 (DSG1) transmembrane domain (TMD) as a key determinant of desmoglein lipid raft association and designed a panel of DSG1 TMD variants to assess the contribution of TMD physicochemical properties (length, bulkiness, and palmitoylation) to DSG1 lipid raft association. Sucrose gradient fractionations revealed that TMD length and bulkiness, but not palmitoylation, govern DSG1 lipid raft association. Further, DSG1 raft association determines plakoglobin recruitment to raft domains. Super-resolution imaging and functional assays uncovered a strong relationship between the efficiency of DSG1 TMD lipid raft association and the formation of morphologically and functionally robust desmosomes. Lipid raft association regulated both desmosome assembly dynamics and DSG1 cell surface stability, indicating that DSG1 lipid raft association is required for both desmosome formation and maintenance. These studies identify the biophysical properties of desmoglein transmembrane domains as key determinants of lipid raft association and desmosome adhesive function.

Desmosomes are intercellular junctions that mediate cell-cell adhesion and are essential for maintaining tissue integrity. Pemphigus vulgaris (PV) is an autoimmune epidermal blistering disease caused by autoantibodies (IgG) targeting desmoglein 3 (Dsg3), a desmosomal cadherin. PV autoantibodies cause desmosome disassembly and loss of cell-cell adhesion, but the molecular signaling pathways that regulate these processes are not fully understood. Using high-resolution time-lapse imaging of live keratinocytes, we found that ER tubules make frequent and persistent contacts with internalizing Dsg3 puncta in keratinocytes treated with PV patient IgG. Biochemical experiments demonstrated that PV IgG activated ER stress signaling pathways, including both IRE1⍺ and PERK pathways, in cultured keratinocytes. Further, ER stress transcripts were upregulated in PV patient skin. Pharmacological inhibition of ER stress protected against PV IgG-induced desmosome disruption and loss of keratinocyte cell-cell adhesion, suggesting that ER stress may be an important pathomechanism and therapeutically targetable pathway for PV treatment. These data support a model in which desmosome adhesion is integrated with ER function to serve as a cell adhesion stress sensor that is activated in blistering skin disease.