The mitotic spindle is a bipolar microtubule-based structure that mediates proper cell division by segregating the genetic material and by positioning the cytokinesis cleavage plane. Spindle assembly is a complex process, involving the modulation of microtubule dynamics, microtubule focusing at spindle poles and the formation of stable microtubule attachments to chromosomes. The cellular events leading to spindle formation are highly regulated, and mitotic kinases have been implicated in many aspects of this process. However, little is known about their counteracting phosphatases. A screen for genes required for early embryonic cell divisions in C. elegans identified rsa-1 (for regulator of spindle assembly 1), a putative Protein Phosphatase 2A (PP2A) regulatory subunit whose silencing causes defects in spindle formation. Upon rsa-1(RNAi), spindle poles collapse onto each other and microtubule amounts are strongly reduced. My thesis work demonstrates that RSA-1 indeed functions as a PP2A regulatory subunit. RSA-1 associates with the PP2A enzyme and recruits it to centrosomes. The centrosome binding of PP2A furthermore requires the new protein RSA-2 as well as the core centrosomal protein SPD-5 and is based on a hierarchical protein-protein interaction pathway. When PP2A is lacking at centrosomes after rsa-1(RNAi), the centrosomal amounts of two critical mitotic effectors, the microtubule destabilizer KLP-7 and the kinetochore microtubule stabilizer TPXL-1, are altered. KLP-7 is increased, which may account for the reduction of microtubule outgrowth from centrosomes in rsa-1(RNAi) embryos. TPXL-1 is lost from centrosomes, which may explain why spindle poles collapse in the absence of RSA-1. TPXL-1 physically associates with RSA-1 and RSA-2, suggesting that it is a direct target of PP2A. In summary, this work defines the role of a novel PP2A complex in mitotic spindle assembly and suggests a model for how different microtubule re-organization steps might be coordinated during spindle formation.

Efter fem år på Konstfack lämnar jag snart denna studietillvaro för att gå ut i verkligheten som inredningsarkitekt och möbelformgivare. Det blir ett nytt sammanhang för mig att adaptera till. Mitt examensarbete handlar därför om hur jag kan transformera den typ av arbete jag gjort i skolan till verkligheten som kommer efter skolan. Jag ser en risk i verklighetens tillvaro där jag tror att många fantastiska idéer blir reducerade till slutresultat som är berövande på de kvaliteter som varit upphov till idéerna. Jag har därför arbetat med hur jag kan minska avståndet mellan min tankevärld och den nya verklighet jag vill översätta mina tankar till. Det är viktigt för mig att det jag tänkt och känt under en process ska leva vidare i det jag gör på ett eller annat sätt, och att det känns i slutresultatet. I den praktiska delen av examensarbetet har jag därför utgått från en träkloss och associerat mig vidare i en växande process. Jag har varvat mellan konkret och abstrakt förhållningssätt och låtit träklossen transformeras om och om igen på olika sätt i en slags roterande evolution. I slutändan har det genererat en liten familj av möbelliknande objekt. På liknande sätt har jag låtit den skrivande delen av examensarbetet växa roterande med metaforer, relaterade sidospår, erfarenheter och insikter som det praktiska görandet har genererat. Tillsammans har skrivandet och görandet varit en växelverkande kraft som tagit mig framåt i processen. Det har styrt evolutionen av min möbelliknande familj och utformningen av deras personliga ”dna”.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

I dagsläget har uppdragsgivaren ingen automatiserad metod för att samla in brutna länkar på deras hemsida, utan detta sker manuellt eller inte alls. Detta projekt har resulterat i en praktisk produkt som idag kan appliceras på uppdragsgivarens hemsida. Produktens mål är att automatisera arbetet med att hitta och samla in brutna länkar på hemsidan. Genom att på ett effektivt sätt samla in alla eventuellt brutna länkar, och placera dem i en separat lista så kan en administratör enkelt exportera listan och sedan åtgärda de brutna länkar som hittats. Uppdragsgivaren kommer att ha nytta av denna produkt då en hemsida utan brutna länkar höjer hemsidans kvalité, samtidigt som den ger besökare en bättre upplevelse. / Today, the customer has no automated method for finding and collecting broken links on their website. This is done manually or not at all. This project has resulted in a practical product, that can be applied to the customer’s website. The aim of the product is to ease the work when collecting and maintaining broken links on the website. This will be achieved by gathering all broken links effectively, and place them in a separate list that at will can be exported by an administrator who will then fix these broken links. The quality of the customer’s website will be higher, as all broken links will be easier to find and remove. This will ultimately give visitors a better experience.

During embryogenesis, a single cell gives rise to a multi-cellular embryo through successive rounds of cell division. As cells become smaller, cellular organelles adapt their sizes accordingly. The size of the mitotic spindle—the microtubule-based structure controlling these divisions—is particularly important as it determines the distance over which chromosomes are segregated. To perform its function properly, spindle size scales with cell size. However, we still lack a mechanistic understanding of the underlying microtubule-based processes that regulate spindle scaling. In this thesis, I combined quantitative microscopy and laser ablation in zebrafish embryos and Xenopus laevis egg extract encapsulated in oil droplets. My measurements revealed the influence of microtubule length dynamics, transport, and nucleation on cell size-dependent spindle scaling. Strikingly, I discovered a hierarchical regulation of spindle size. In large cells, microtubule nucleation exclusively scales spindle size relative to cell size by changing the number of microtubules within the spindle. In small cells, microtubule dynamics fine-tune spindle size by modulating microtubule length. To understand the mechanism of spindle scaling, I proposed a theoretical model based on a limiting number of microtubule nucleators and microtubule-associated proteins that regulate microtubule length. The transition from nucleation- to dynamics-based scaling requires that microtubule number and the number of microtubule-associated proteins that promote microtubule growth scale differently with cell size. This can be achieved by sequestering an inhibitor of microtubule nucleation to the cell membrane, which is consistent with my measurements of microtubule nucleation. The differential regimes of spindle scaling modulated by microtubule nucleation and dynamics imply a gradual change in spindle architecture, which may ensure faithful chromosome segregation by spindles of all sizes.

Regulation of size and growth is a fundamental problem in biology and often closely related to functionality and fitness. A prominent example is the mitotic spindle, whose size needs to be perfectly tuned to ensure proper chromosome segregation during cell division. It is known that spindle size generally scales with cell volume, most likely as a result of limiting components. However, this relation breaks down in very large cells where spindles have a maximum size. How the size and microtubule mass are set and why spindles show an upper size limit in large cells is still not understood. Spindles mainly consist of highly dynamic short microtubules that turn over very quickly in comparison to the lifetime of the entire structure. Thus, microtubules need to be constantly created throughout the spindle, a process called nucleation. Understanding the role of microtubule nucleation in setting the size of spindles is limited by the fact that little is known about the rate, distribution, and regulation of microtubule nucleation in these structures. This is partly due to the lack of methods to measure microtubule nucleation in spindles. During this work, I developed an assay based on laser ablation to probe microtubule nucleation in monopolar spindles assembled in Xenopus laevis egg extract. Using this new method in combination with quantitative microscopy, I found that microtubule nucleation in these structures is spatially regulated. Furthermore, I observed that nucleation is stimulated by pre-existing microtubules leading to new microtubule growth in their physical proximity. Combining my experimental results on nucleation with theory and further biochemical perturbations, I show that this autocatalytic nucleation mechanism is limited by the availability of active nucleators. In spindles, the amount of active nucleators decreases with distance from the chromosomes. Thus, this mechanism provides an upper limit to spindle size even when resources are not limiting.

Multicellular life is formed by an orchestrated interplay of processes on different scales in space and time. Observing and quantitatively measuring these processes in an intact, living organism requires gentle and adaptive imaging. One example of such a process is the scaling of the mitotic spindle during early development. The spindle segregates the chromosomes during cell division and the spindle length determines the positioning of the chromosomes in the successive daughter cells. Thus, adaptation of spindle size to cell size is crucial for proper functioning. Early development is an excellent phase to study spindle scaling since cells rapidly divide in the absence of growth. In this phase, the spindle can be studied in cells of the same organism changing its volume orders of magnitude. During early zebrafish embryogenesis, the mitotic spindle only appears for three minutes out of the fifteen minutes cell cycle. Quantifying these short-lived events in a living embryo requires flexible and adaptive multi-resolution recordings, which are impossible with any state-of-the-art microscope. In this thesis, I present two new techniques to adaptively image biological samples based on light sheet fluorescence microscopy (LSFM). First, I present a remote, contact-free positioning technique based on magnetic forces to orient the sample in the microscope. When imaging biological samples, there is often only one sample orientation that offers the best view on the region of interest. This preferred orientation typically changes over time as the specimen grows and develops. The contact-free positioning technique allows to always image specimens from the optimal viewing angle. I demonstrate the functionality of this method by 3D orientation of zebrafish embryos and zebrafish larvae. Second, I present a new type of LSFM that autonomously adapts its detection scheme to the sample state. This microscope contains an adaptable magnification module to map the development of the millimeter-sized zebrafish embryo and measure single-molecule dynamics of individual spindles in a single experiment. To automatically adapt the detection scheme, I trained a Convolution Neural Network to detect the cell cycle state of individual cells from acquired fluorescence images. Using this new type of LSFM, I demonstrate autonomous measurements of the mitotic spindle scaling in freely developing zebrafish embryos. / Multizelluläres Leben wird durch ein orchestriertes Zusammenspiel von Prozessen auf verschiedenen Skalen in Raum und Zeit gebildet. Beobachtung und quantitative Messungen dieser Vorgänge in einem intakten, lebenden Organismus erfordern schonende und adaptive Bildgebung. Ein Beispiel für einen solchen Prozess ist die Größenanpassung der mitotischen Spindel während der frühen Entwicklung. Die Spindel trennt die Chromosomen während der Zellteilung und die Spindellänge bestimmt die Positionierung der Chromosomen in den Tochterzellen. Daher ist die Anpassung der Spindelgröße an die Zellgröße entscheidend für die ordnungsgemäße Funktion. Die Phase der frühen Entwicklung eignet sich hervorragend zur Untersuchung der Spindel-Skalierung, da die Zellen sich schnell teilen ohne zu wachsen. Während der frühen Zebrafischembryogenese erscheint die Spindel nur drei Minuten innerhalb des fünfzehnminütigen Zellzyklus. Die Quantifizierung dieser kurzlebigen Ereignisse in einem lebenden Embryo erfordert flexible und anpassungsfähige Aufnahmen mit variabler Auflösung, die mit keinem Mikroskop nach dem aktuellen Stand der Technik möglich sind. In dieser Arbeit präsentiere ich zwei neue Techniken zur adaptiven Abbildung biologischer Proben basierend auf der Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie (LSFM). Zuerst stelle ich eine berührungslose Positionierungstechnik vor, die auf Magnetkräften basiert, um die Probe im Mikroskop zu orientieren. Bei der Abbildung biologischer Proben gibt es oft nur eine Probenorientierung, welche die beste Sicht auf die Region von Interesse bietet. Diese Vorzugsorientierung ändert sich typischerweise mit der Zeit, wenn die Probe wächst und sich entwickelt. Die Positionierungstechnik ermöglicht es, Proben immer aus dem optimalen Betrachtungswinkel abzubilden. Zweitens stelle ich einen neuen Typ von LSFM vor, der sein Detektionsschema autonom an den Probenzustand anpasst. Dieses Mikroskop enthält ein anpassbares Vergrößerungsmodul, um die Entwicklung des millimetergroßen Zebrafischembryos abzubilden und die Einzelmoleküldynamik einzelner Spindeln in einem einzigen Experiment zu messen. Um die Detektion automatisch anzupassen, trainierte ich ein Convolutional Neural Network, um den Zellzyklusstatus einzelner Zellen anhand der aufgenommenen Fluoreszenzbilder zu erkennen. Mit diesem neuen LSFM-Typ demonstriere ich autonome Messungen der Spindel-Skalierung in sich frei entwickelnden Zebrafischembryonen.

The mitotic spindle is a bipolar microtubule-based structure that mediates proper cell division by segregating the genetic material and by positioning the cytokinesis cleavage plane. Spindle assembly is a complex process, involving the modulation of microtubule dynamics, microtubule focusing at spindle poles and the formation of stable microtubule attachments to chromosomes. The cellular events leading to spindle formation are highly regulated, and mitotic kinases have been implicated in many aspects of this process. However, little is known about their counteracting phosphatases. A screen for genes required for early embryonic cell divisions in C. elegans identified rsa-1 (for regulator of spindle assembly 1), a putative Protein Phosphatase 2A (PP2A) regulatory subunit whose silencing causes defects in spindle formation. Upon rsa-1(RNAi), spindle poles collapse onto each other and microtubule amounts are strongly reduced. My thesis work demonstrates that RSA-1 indeed functions as a PP2A regulatory subunit. RSA-1 associates with the PP2A enzyme and recruits it to centrosomes. The centrosome binding of PP2A furthermore requires the new protein RSA-2 as well as the core centrosomal protein SPD-5 and is based on a hierarchical protein-protein interaction pathway. When PP2A is lacking at centrosomes after rsa-1(RNAi), the centrosomal amounts of two critical mitotic effectors, the microtubule destabilizer KLP-7 and the kinetochore microtubule stabilizer TPXL-1, are altered. KLP-7 is increased, which may account for the reduction of microtubule outgrowth from centrosomes in rsa-1(RNAi) embryos. TPXL-1 is lost from centrosomes, which may explain why spindle poles collapse in the absence of RSA-1. TPXL-1 physically associates with RSA-1 and RSA-2, suggesting that it is a direct target of PP2A. In summary, this work defines the role of a novel PP2A complex in mitotic spindle assembly and suggests a model for how different microtubule re-organization steps might be coordinated during spindle formation.

Aktive Filament-Systeme, wie zum Beispiel das Zellskelett, sind Beispiele einer interessanten Klasse neuartiger Materialien, die eine wichtige Rolle in der belebten Natur spielen. Viele wichtige Prozesse in lebenden Zellen wie zum Beispiel die Zellbewegung oder Zellteilung basieren auf dem Zellskelett. Das Zellskelett besteht aus Protein-Filamenten, molekularen Motoren und einer großen Zahl weiterer Proteine, die an die Filamente binden und diese zu einem Netz verbinden können. Die Filamente selber sind semifexible Polymere, typischerweise einige Mikrometer lang und bestehen aus einigen hundert bis tausend Untereinheiten, typischerweise Mono- oder Dimeren. Die Filamente sind strukturell polar, d.h. sie haben eine definierte Richtung, ähnlich einer Ratsche. Diese Polarität begründet unterschiedliche Polymerisierungs- und Depolymerisierungs-Eigenschaften der beiden Filamentenden und legt außerdem die Bewegungsrichtung molekularer Motoren fest. Die Polymerisation von Filamenten sowie Krafterzeugung und Bewegung molekularer Motoren sind aktive Prozesse, die kontinuierlich chemische Energie benötigen. Das Zellskelett ist somit ein aktives Gel, das sich fern vom thermodynamischen Gleichgewicht befindet. In dieser Arbeit präsentieren wir Beschreibungen solcher aktiven Filament-Systeme und wenden sie auf Strukturen an, die eine ähnliche Geometrie wie zellulare Strukturen haben. Beispiele solcher zellularer Strukturen sind Spannungsfasern, kontraktile Ringe oder mitotische Spindeln. Spannungsfasern sind für die Zellbewegung essentiell; sie können kontrahieren und so die Zelle vorwärts bewegen. Die mitotische Spindel trennt Kopien der Erbsubstanz DNS vor der eigentlichen Zellteilung. Der kontraktile Ring schließlich trennt die Zelle am Ende der Zellteilung. In unserer Theorie konzentrieren wir uns auf den Einfluß der Polymerisierung und Depolymerisierung von Filamenten auf die Dynamik dieser Strukturen. Wir zeigen, dass der kontinuierliche Umschlag (d.h. fortwährende Polymerisierung und Depolymerisierung) von Filamenten unabdingbar ist für die kontraktion eines Rings mit konstanter Geschwindigkeit, so wie in Experimenten mit Hefezellen beobachtet. Mit Hilfe einer mikroskopisch motivierten Beschreibung zeigen wir, wie "filament treadmilling", also Filament Polymerisierung an einem Ende mit der gleichen Rate wie Depolymerisierung am anderen Ende, zur Spannung in Filament Bündeln und Ringen beitragen kann. Ein zentrales Ergebnis ist, dass die Depolymerisierung von Filamenten in Anwesenheit von filamentverbindenden Proteinen das Zusammenziehen dieser Bündel sogar in Abwesenheit molekulare Motoren herbeiführen kann. Ferner entwickeln wir eine generische Kontinuumsbeschreibung aktiver Filament-Systeme, die ausschließlich auf Symmetrien der Systeme beruht und von mikroskopischen Details unabhängig ist. Diese Theorie erlaubt uns eine komplementäre Sichtweise auf solche aktiven Filament-Systeme. Sie stellt ein wichtiges Werkzeug dar, um die physikalischen Mechanismen z.B. in Filamentbündeln aber auch bei der Bildung von Filamentringen im Zellkortex zu untersuchen. Schließlich entwickeln wir eine auf einem Kräftegleichgewicht basierende Beschreibung für bipolare Strukturen aktiver Filamente und wenden diese auf die mitotische Spindel an. Wir diskutieren Bedingungen für die Bildung und Stabilität von Spindeln. / Active filament systems such as the cell cytoskeleton represent an intriguing class of novel materials that play an important role in nature. The cytoskeleton for example provides the mechanical basis for many central processes in living cells, such as cell locomotion or cell division. It consists of protein filaments, molecular motors and a host of related proteins that can bind to and cross-link the filaments. The filaments themselves are semiflexible polymers that are typically several micrometers long and made of several hundreds to thousands of subunits. The filaments are structurally polar, i.e. they possess a directionality. This polarity causes the two distinct filament ends to exhibit different properties regarding polymerization and depolymerization and also defines the direction of movement of molecular motors. Filament polymerization as well as force generation and motion of molecular motors are active processes, that constantly use chemical energy. The cytoskeleton is thus an active gel, far from equilibrium. We present theories of such active filament systems and apply them to geometries reminiscent of structures in living cells such as stress fibers, contractile rings or mitotic spindles. Stress fibers are involved in cell locomotion and propel the cell forward, the mitotic spindle mechanically separates the duplicated sets of chromosomes prior to cell division and the contractile ring cleaves the cell during the final stages of cell division. In our theory, we focus in particular on the role of filament polymerization and depolymerization for the dynamics of these structures. Using a mean field description of active filament systems that is based on the microscopic processes of filaments and motors, we show how filament polymerization and depolymerization contribute to the tension in filament bundles and rings. We especially study filament treadmilling, an ubiquitous process in cells, in which one filament end grows at the same rate as the other one shrinks. A key result is that depolymerization of filaments in the presence of linking proteins can induce bundle contraction even in the absence of molecular motors. We extend this description and apply it to the mitotic spindle. Starting from force balance considerations we discuss conditions for spindle formation and stability. We find that motor binding to filament ends is essential for spindle formation. Furthermore we develop a generic continuum description that is based on symmetry considerations and independent of microscopic details. This theory allows us to present a complementary view on filament bundles, as well as to investigate physical mechanisms behind cell cortex dynamics and ring formation in the two dimensional geometry of a cylinder surface. Finally we present a phenomenological description for the dynamics of contractile rings that is based on the balance of forces generated by active processes in the ring with forces necessary to deform the cell. We find that filament turnover is essential for ring contraction with constant velocities such as observed in experiments with fission yeast.

Aktive Filament-Systeme, wie zum Beispiel das Zellskelett, sind Beispiele einer interessanten Klasse neuartiger Materialien, die eine wichtige Rolle in der belebten Natur spielen. Viele wichtige Prozesse in lebenden Zellen wie zum Beispiel die Zellbewegung oder Zellteilung basieren auf dem Zellskelett. Das Zellskelett besteht aus Protein-Filamenten, molekularen Motoren und einer großen Zahl weiterer Proteine, die an die Filamente binden und diese zu einem Netz verbinden können. Die Filamente selber sind semifexible Polymere, typischerweise einige Mikrometer lang und bestehen aus einigen hundert bis tausend Untereinheiten, typischerweise Mono- oder Dimeren. Die Filamente sind strukturell polar, d.h. sie haben eine definierte Richtung, ähnlich einer Ratsche. Diese Polarität begründet unterschiedliche Polymerisierungs- und Depolymerisierungs-Eigenschaften der beiden Filamentenden und legt außerdem die Bewegungsrichtung molekularer Motoren fest. Die Polymerisation von Filamenten sowie Krafterzeugung und Bewegung molekularer Motoren sind aktive Prozesse, die kontinuierlich chemische Energie benötigen. Das Zellskelett ist somit ein aktives Gel, das sich fern vom thermodynamischen Gleichgewicht befindet. In dieser Arbeit präsentieren wir Beschreibungen solcher aktiven Filament-Systeme und wenden sie auf Strukturen an, die eine ähnliche Geometrie wie zellulare Strukturen haben. Beispiele solcher zellularer Strukturen sind Spannungsfasern, kontraktile Ringe oder mitotische Spindeln. Spannungsfasern sind für die Zellbewegung essentiell; sie können kontrahieren und so die Zelle vorwärts bewegen. Die mitotische Spindel trennt Kopien der Erbsubstanz DNS vor der eigentlichen Zellteilung. Der kontraktile Ring schließlich trennt die Zelle am Ende der Zellteilung. In unserer Theorie konzentrieren wir uns auf den Einfluß der Polymerisierung und Depolymerisierung von Filamenten auf die Dynamik dieser Strukturen. Wir zeigen, dass der kontinuierliche Umschlag (d.h. fortwährende Polymerisierung und Depolymerisierung) von Filamenten unabdingbar ist für die kontraktion eines Rings mit konstanter Geschwindigkeit, so wie in Experimenten mit Hefezellen beobachtet. Mit Hilfe einer mikroskopisch motivierten Beschreibung zeigen wir, wie "filament treadmilling", also Filament Polymerisierung an einem Ende mit der gleichen Rate wie Depolymerisierung am anderen Ende, zur Spannung in Filament Bündeln und Ringen beitragen kann. Ein zentrales Ergebnis ist, dass die Depolymerisierung von Filamenten in Anwesenheit von filamentverbindenden Proteinen das Zusammenziehen dieser Bündel sogar in Abwesenheit molekulare Motoren herbeiführen kann. Ferner entwickeln wir eine generische Kontinuumsbeschreibung aktiver Filament-Systeme, die ausschließlich auf Symmetrien der Systeme beruht und von mikroskopischen Details unabhängig ist. Diese Theorie erlaubt uns eine komplementäre Sichtweise auf solche aktiven Filament-Systeme. Sie stellt ein wichtiges Werkzeug dar, um die physikalischen Mechanismen z.B. in Filamentbündeln aber auch bei der Bildung von Filamentringen im Zellkortex zu untersuchen. Schließlich entwickeln wir eine auf einem Kräftegleichgewicht basierende Beschreibung für bipolare Strukturen aktiver Filamente und wenden diese auf die mitotische Spindel an. Wir diskutieren Bedingungen für die Bildung und Stabilität von Spindeln. / Active filament systems such as the cell cytoskeleton represent an intriguing class of novel materials that play an important role in nature. The cytoskeleton for example provides the mechanical basis for many central processes in living cells, such as cell locomotion or cell division. It consists of protein filaments, molecular motors and a host of related proteins that can bind to and cross-link the filaments. The filaments themselves are semiflexible polymers that are typically several micrometers long and made of several hundreds to thousands of subunits. The filaments are structurally polar, i.e. they possess a directionality. This polarity causes the two distinct filament ends to exhibit different properties regarding polymerization and depolymerization and also defines the direction of movement of molecular motors. Filament polymerization as well as force generation and motion of molecular motors are active processes, that constantly use chemical energy. The cytoskeleton is thus an active gel, far from equilibrium. We present theories of such active filament systems and apply them to geometries reminiscent of structures in living cells such as stress fibers, contractile rings or mitotic spindles. Stress fibers are involved in cell locomotion and propel the cell forward, the mitotic spindle mechanically separates the duplicated sets of chromosomes prior to cell division and the contractile ring cleaves the cell during the final stages of cell division. In our theory, we focus in particular on the role of filament polymerization and depolymerization for the dynamics of these structures. Using a mean field description of active filament systems that is based on the microscopic processes of filaments and motors, we show how filament polymerization and depolymerization contribute to the tension in filament bundles and rings. We especially study filament treadmilling, an ubiquitous process in cells, in which one filament end grows at the same rate as the other one shrinks. A key result is that depolymerization of filaments in the presence of linking proteins can induce bundle contraction even in the absence of molecular motors. We extend this description and apply it to the mitotic spindle. Starting from force balance considerations we discuss conditions for spindle formation and stability. We find that motor binding to filament ends is essential for spindle formation. Furthermore we develop a generic continuum description that is based on symmetry considerations and independent of microscopic details. This theory allows us to present a complementary view on filament bundles, as well as to investigate physical mechanisms behind cell cortex dynamics and ring formation in the two dimensional geometry of a cylinder surface. Finally we present a phenomenological description for the dynamics of contractile rings that is based on the balance of forces generated by active processes in the ring with forces necessary to deform the cell. We find that filament turnover is essential for ring contraction with constant velocities such as observed in experiments with fission yeast.