Long-lived “memory-like” NK cells have been identified in individuals infected by human cytomegalovirus (HCMV), but little is known about how the memory-like NK cell pool is formed. Here, we have shown that HCMV-infected individuals have several distinct subsets of memory-like NK cells that are often deficient for multiple transcription factors and signaling proteins, including tyrosine kinase SYK, for which the reduced expression was stable over time and correlated with epigenetic modification of the gene promoter. Deficient expression of these proteins was largely confined to the recently discovered FcRγ-deficient NK cells that display enhanced antibody-dependent functional activity. Importantly, FcRγ-deficient NK cells exhibited robust preferential expansion in response to virus-infected cells (both HCMV and influenza) in an antibody-dependent manner. These findings suggest that the memory-like NK cell pool is shaped and maintained by a mechanism that involves both epigenetic modification of gene expression and antibody-dependent expansion.

Because NK cells lack gene-recombination machinery and are thought to be relatively short-lived, it is unclear whether NK cells can mount long-term effective recall responses to reinfections by diverse pathogens. In this article, we report that FcRγ-deficient NK cells, which we recently identified and termed g(-)NK cells, possess distinct memory features directed by FcR-mediated Ab-dependent target recognition. The presence of g(-)NK cells was associated with prior human CMV (HMCV) infection, yet g(-)NK cell responses were not restricted to HCMV-infected target cells. In the presence of virus-specific Abs, g(-)NK cells had greatly enhanced functional capabilities, superior to conventional NK cells, and were highly responsive to cells infected with either HCMV or HSV-1. Remarkably, the g(-)NK cell subset persisted long-term at nearly constant levels in healthy individuals. Therefore, FcRγ deficiency distinguishes an Ab-dependent memory-like NK cell subset with enhanced potential for broad antiviral responses.

Abstract Long-lived ‘memory-like’ NK cells, characterized by FcRγ-deficiency and enhanced responsiveness to antibody-bound virus-infected cells, have been found in certain human cytomegalovirus (HCMV)-seropositive individuals. Because humans are exposed to numerous microbes and environmental agents, specific relationships between HCMV and FcRγ-deficient NK cells (also known as g-NK cells) have been challenging to define. Here, we show that a subgroup of rhesus cytomegalovirus (RhCMV)-seropositive macaques possesses FcRγ-deficient NK cells that stably persist and display phenotype resembling human FcRγ-deficient NK cells. Moreover, these macaque NK cells resembled human FcRγ-deficient NK cells with respect to functional characteristics, including enhanced responsiveness to RhCMV-infected target in an antibody-dependent manner and hypo-responsiveness to tumor and cytokine stimulation. These cells were not detected in specific-pathogen-free (SPF) macaques free of RhCMV and six other viruses; however, experimental infection of SPF animals with RhCMV strain UCD59, but not RhCMV strain 68-1 or SIV, led to induction of FcRγ-deficient NK cells. In non-SPF macaques, co-infection by RhCMV with other common viruses was associated with higher frequencies of FcRγ-deficient NK cells. These results support a causal role for specific cytomegalovirus strain(s) in the induction of FcRγ-deficient NK cells, and suggest that co-infection by other viruses further expands this memory-like NK cell pool.